多葉片Savonius垂直軸風(fēng)力機的設(shè)計與數(shù)值分析.pdf

1、垂直軸風(fēng)力機分為兩大類：DARRIEUS（升力型,簡稱H型）和SAVONIUS（阻力型, 簡稱S型）。兩葉片的升力型風(fēng)力機啟動轉(zhuǎn)矩低但效率較高，阻力型風(fēng)力機具備高的啟動轉(zhuǎn)矩但效率很低?，F(xiàn)在流行設(shè)計混合型風(fēng)力機（將S型和H型風(fēng)力機的設(shè)計思想綜合在同一模型上），它能夠利用升力與阻力。許多學(xué)者利用低成本的辦法來單獨提高啟動轉(zhuǎn)矩和效率。最常見的措施是改變?nèi)~片數(shù)以及優(yōu)化葉型。
　　 SAVONIUS風(fēng)力機總成本低，制造和維修簡單，雖然效率

2、較低，但它適用于風(fēng)速低的居民區(qū)。本文研究的目標就是設(shè)計一臺高效低成本的阻力型垂直軸風(fēng)力機，并選用六個葉片的SAVONIUS型式。
　　 SAVONIUS風(fēng)力機的轉(zhuǎn)子在風(fēng)速很低的情況下開始向外輸出功率，在風(fēng)速很高的情況下依然能夠持續(xù)輸出。因為利用風(fēng)速的范圍很廣，雖然效率低，但是這種風(fēng)力機還是很受歡迎。由于SAVONIUS風(fēng)力機基本上能夠一直輸出功率，它的年發(fā)電量遠遠高于同尺寸的水平軸風(fēng)力機。
　　 原裝SAVONIUS的輸

3、出功率較低有兩個原因：（1）風(fēng)打到葉片凸面上引起負轉(zhuǎn)矩；（2）隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)矩由高到低變化幅度很大。兩葉片SAVONIUS風(fēng)力機的最大缺點是：隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩會下降到為接近零的程度。在某一些角度下，轉(zhuǎn)子無法啟動，而多葉片能夠確保轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性。
　　
　　 本文所介紹的提高效率的方法為：
　　 (1)增加葉片數(shù)目和優(yōu)化設(shè)計
　　 (2)不讓來流風(fēng)打到葉片的凸面上，即可以用一種“盾”或?qū)~把葉

4、片的凸面蓋住。
　　
　　 目前的阻力型風(fēng)力機，尚未看到含“盾”或擋風(fēng)板的型式，所以本文以這種含“盾”的風(fēng)力機為研究對象，開展風(fēng)力機的CAD設(shè)計、CFD分析和樣機制造等工作。二維CFD計算的結(jié)果顯示，這種新型的風(fēng)力機比常規(guī)垂直軸風(fēng)力機效率高出約20％。
　　 從樣機的制造角度來看，含導(dǎo)風(fēng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機有弊病，即進口須保持對風(fēng)以及穩(wěn)定性，減少摩擦；要達到這種要求將帶來設(shè)計和運行的復(fù)雜化。另外，單獨采用轉(zhuǎn)子的風(fēng)力機型