垂直轴微风发电机的叶片设计与模拟分析
随着可再生能源使用的发展，风电已成为世界上最为主要的能源输出之一，其重要性也受到日益重视。叶片是风力机的一个重要的组成部分，它的形状对风力机吸收风能的效率起着至关重要的作用。本课题以厦门市人事局留学人员回国择优资助项目《垂直轴微风风力发电系统的设计》为背景，主要研究小型家用垂直轴风力发电机叶片的设计，优化及计算机模拟。主要研究成果如下：
1．风力机叶片的设计
(1)探讨叶片设计的通用方法。综合国内外多种叶片设计方法，整理现有叶片设计模型理论，得出一种简单有效的、非传统形状的风力机叶片的设计方案。利用机械设计软件CATIA对叶片的形状建模，在流体工程模拟软件FLUENT中对其进行模拟分析。
(2)叶片精确的实体建模仿真。以输出电功率P=80w为目标，以传统的Savonius型风力机叶片为基础，通过曲面功能强大的CATIA作为曲面建模工具对风力机叶片的形状进行设计。对于复杂叶片，可以通过确定关键点的方法来定义叶片的边界曲线，为叶片进一步的动力学分析奠定基础。该建模方法可以为扭曲的螺旋形Savonius型风力机叶片和其他复杂实体精确建模提供参考。这个方法适用于各种特殊形状的风力机叶片的设计，使用范围广，能够提高叶片设计方法的通用性。
2．叶片的动力学特性分析
建立风洞模型，完全模拟接近真实风况下叶片周围的空气流动。并且运用流体工程模拟软件FLUENT采用有限元方法进行模拟分析，对优化前后的叶片进行二维及三维分析，得到叶片周围流体的速度矢量分布及叶片表面各处的压力及应力分布情况，验证了动力学性能较为出色的Savonius型叶片，为叶片的进一步设计提供参考。
垂直轴;微风发电机;叶片设计;模拟分析
厦门大学
硕士
凝聚态物理
王亚军
2008
中文
TM315
64
2009-07-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）