【正文】 在此，謹(jǐn)對(duì)導(dǎo)師對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上給予的指導(dǎo)、關(guān)心表示衷心的感謝 !向?qū)熂捌浼胰酥乱猿绺叩木匆夂妥钫\(chéng)摯的祝福 ! 在此還要感謝我的家人與 朋友，沒(méi)有他們的支持、幫助與鼓勵(lì)，我也不可能完成我的碩士學(xué)位論文。通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬主要得出以下幾個(gè)結(jié)論： （ 1）增大雷諾數(shù)可以提高翼型的氣動(dòng)性能，雷諾數(shù)越高，雷諾數(shù)對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響越?。? （ 2）增大翼型的厚度會(huì)在一定程度上提高翼型的氣動(dòng)性能，但需合理選擇翼型的厚度，否則翼型的整體氣動(dòng)性能會(huì)下降；增大翼型的彎度可以大大提高翼型在正攻角時(shí)的氣動(dòng)性能，但在負(fù)攻角時(shí)的氣動(dòng)性能有所降低，提高翼型整體氣 動(dòng)性能要求適當(dāng)?shù)囊硇蛷澏取Ｌ岣咭硇蜌鈩?dòng)性能要求合理選擇翼型的厚度； （ 3）增大翼型的彎度可以提高翼型在正攻角狀態(tài)時(shí)的氣動(dòng)性能，但在負(fù)攻角狀態(tài)時(shí)的氣動(dòng)性能有所降低。當(dāng)翼型處于負(fù)攻角狀態(tài)下時(shí)，翼型的最大升力系數(shù)持續(xù)下降。本節(jié)的數(shù)值模擬結(jié)果表明，在翼型厚度保持不變的情況下，在一定范圍內(nèi)增大翼型的彎度可以提高翼型在正攻角狀態(tài)時(shí)的氣動(dòng)性能，但在負(fù)攻角狀態(tài)時(shí)的氣動(dòng)性能有所降低。由圖 319 可知，對(duì)有彎度的翼型，正攻角狀態(tài)時(shí)的升力系數(shù)要大于對(duì)應(yīng)的負(fù)攻角狀態(tài)時(shí)的升力系數(shù)，正攻角狀態(tài)時(shí)的升力系數(shù)要小于對(duì)應(yīng)的負(fù)攻角狀態(tài)時(shí)的阻力系數(shù)。從圖中可以看到，翼型的失速攻角和最大升力系數(shù)均隨翼型厚度的增大而增大，最大升力系數(shù)的增幅隨厚度增加逐漸變小。由圖 315 知，厚度大的翼型在低阻力系數(shù)區(qū)域能達(dá)到更大的最大升力系數(shù)，具有更大的升阻比。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 圖 310 不同雷諾數(shù)下翼型的失速攻角 圖 311 不同雷諾數(shù)下翼型的最大升力系數(shù) 厚度對(duì)氣動(dòng)特性的影響 翼型厚度是影響翼型氣動(dòng)性能的主要幾何參數(shù)之一 ， NACA0012 ，NACA0015， NACA0018， NACA0020 翼型均為零彎度翼型，它們的相對(duì)厚度分別為： ， ， ， ，其幾何外形如圖 312 所示。雷諾數(shù)越高，翼型在非失速攻角區(qū)域的升阻比也越高。因此，本節(jié)將以NACA0015 翼型作為研究對(duì)象，對(duì)雷諾數(shù)在 105 到 1105 范圍內(nèi)變化時(shí)， NACA0015 翼型在攻角 為 30176。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 第 3 章 數(shù)值模擬及分析結(jié)果 NACA0015 翼型建模 對(duì) NACA4 系列翼型進(jìn)行流場(chǎng)模擬分析。本文主要介紹垂直軸風(fēng)力機(jī)流管模型 [24]。 (2)葛勞握特 (Glarert)[22]修正方法 當(dāng) a 時(shí)，將上述第 (6)步中的 ?? 2sin41 F Caa n?? 由 ? ?? ? ? ?? ? ? ?1421221221 22 ???????? ccc kaakaka (218) 代替。 由動(dòng)量理論可得 : r d raVdT )1(4 21 ?? ?? (23) drrabVdM 31 )1(4 ??? ?? (24) 式中， T 為作用在風(fēng)輪上的軸向力， ρ為空氣密度， V1 為風(fēng)輪前來(lái)流速度，M 為 作用 在風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)矩， Ω 為風(fēng)輪轉(zhuǎn) 動(dòng)角速度， a 為軸向誘導(dǎo)因子， b為周向誘導(dǎo) 因子 。該模型適用于計(jì)算大展弦比葉片的風(fēng)機(jī)葉輪氣動(dòng)性能。由于附著渦大小的變化， 將脫泄出展向尾渦，尾渦的強(qiáng)度等于附著渦強(qiáng)度的改變。和 270176。同時(shí) ， Sharpe 在流管的擴(kuò)張效應(yīng)、葉片的非定常運(yùn)動(dòng)效應(yīng)等方面做了大量修正 ， 使得該模型更趨完善 [13]。這種模型相對(duì)簡(jiǎn)單 ， 但是不能反映轉(zhuǎn)子作用盤面范圍內(nèi)上游區(qū)域和下游區(qū)域以及垂直于流向不同位置處的流動(dòng)參數(shù)的變化 ， 因 此是一種比較粗糙的方法。主要對(duì)比NACA 0012， NACA 0018， NACA 2415， NACA 4415 這四種翼型風(fēng)能利用系數(shù)與尖速比之間的關(guān)系。為了使制作出的葉片具有較高效的接受風(fēng)能的翼型，需要研究葉片翼型的氣動(dòng)性能；因?yàn)槿~片直接迎風(fēng)獲得風(fēng)能，這就要求設(shè)計(jì)出的葉片能承受葉片自重、風(fēng)力和離心力等荷載的作用；在實(shí)際工程中可以看出，因?yàn)槿~片在設(shè)計(jì)中強(qiáng)度和剛度等問(wèn)題研究不夠，從而造成風(fēng)力機(jī)不能正常運(yùn)行，甚至失效和損壞的例子是經(jīng)常見(jiàn)的。 垂直軸風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)性能不如水平軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)力機(jī)在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的啟動(dòng)力矩與葉片的方位角有關(guān)，在一些位置葉片產(chǎn)生的扭矩不足以實(shí)現(xiàn)帶負(fù)載啟動(dòng)，而且啟動(dòng)過(guò)程會(huì)伴隨葉片一定程度的振動(dòng)。圖 16 中給出了葉片在不同方位角處的速度及受力情況 ，尖速比較大時(shí)葉片在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)失速情況，圖中我們可以看到，不管葉片處在哪個(gè)位置，葉片產(chǎn)生的升力始終在驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而阻力則始終在阻礙風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因此風(fēng)輪在升力的驅(qū)動(dòng)下始終會(huì)繞著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng) [7]。設(shè)計(jì)良好的 Savonius 風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速時(shí)能獲得很好的功率輸出。在近年來(lái)，在水平軸風(fēng)力機(jī)占據(jù)大部分市場(chǎng)份額的同時(shí)，垂直軸風(fēng)力機(jī)的研發(fā)也從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)腳步，經(jīng)過(guò)各國(guó)研究者的不懈努力，現(xiàn)在垂直軸式風(fēng)力機(jī)的尖速比可以達(dá)到 5，風(fēng)能利用率與水平軸式風(fēng)力機(jī)的差距不斷在縮小，在加上垂直軸風(fēng)力機(jī)具有水平軸式風(fēng)力機(jī)所沒(méi)有的眾多優(yōu)點(diǎn)，相信今后垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展會(huì)越來(lái)越迅速 [4]。輪毅處還交替性的受到葉片重力產(chǎn)生拉力與擠壓力。 （ 2)安裝、 維護(hù)簡(jiǎn)單。風(fēng)力機(jī)中最主要的部件是風(fēng)輪，風(fēng)輪由槳葉和輪毅組成。s wind power business has been greatly developed, but our research on wind power technology is still far behind the advanced countries, especially in the study of the blade. It is studied in this paper is applied to the blades of a Htype threebladed vertical axis wind turbine on the theoretical analysis and numerical simulation methods, the main work and results are as follows: （ 1) Review of wind power research background, previous research work introduces a vertical axis wind turbine, and expounded the theory of aerodynamics design vertical axis wind turbine, given the current administration on the vertical axis wind turbine models, analyzes the vertical axis wind turbine operation. （ 2） It is applied is Momentum Double blade element theory of multimodel analysis of the flow tube at the same Reynolds number airfoils wider variety of applications. Thus screened out more suited to this article airfoil design goals, and identified the main structural parameters used to further validate the performance of the wind turbine blade structure. （ 3) The use of Gambit software modeling, FLUENT software flow field 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III analysis, changing the angle of attack vane airfoils and, through the blades, lift, drag, liftdrag ratio, torque and trends around the blade pressure, velocity summary was NACA 0012,NACA 0018,NACA 2415,NACA 4415 the airfoil blade airfoil is ideal for manufacturing. Key words： Vertical axis wind turbine ； Blade airfoil； Aerodynamic performance； Numerical Simulation 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄 摘要 ...................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II 第 1 章 緒論 ................................................................................................... 1 論文研究的背景 ................................................................................... 1 垂直軸風(fēng)機(jī)的介紹 ............................................................................... 3 文章中名詞及縮寫介紹 ....................................................................... 6 本文的研究意義和研究方法 ............................................................... 7 第 2 章 垂直軸風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的理論研究 ................................................... 9 流管法 ................................................................................................... 9 渦方法 ................................................................................................. 10 動(dòng)量一葉素理論 ................................................................................. 13 經(jīng)典的動(dòng)量一葉素理論 .............................................................. 13 修正的動(dòng)量一葉素理論 .............................................................. 16 垂直軸風(fēng)力機(jī)流管理論模型 ............................................................. 17 第 3 章 數(shù)值模擬及分析結(jié)果 ..................................................................... 21 NACA0015 翼型建模 ......................................................................... 21 雷諾數(shù)對(duì)氣動(dòng)特性的影響 ................................................................. 23 厚度對(duì)氣動(dòng)特性的影響 ..................................................................... 25 彎度對(duì)氣動(dòng)特性的影響 .....................................................................