论文摘要
风能是一种洁净的可再生能源，风能的开发应用对于环境问题、能源问题的缓解具有重要意义。小型的风力机可以广泛的应用于大部分风力资源贫乏的地区，而H型垂直轴风力机具有结构简单、风向适应性强、安装维护方便，环境和谐等优点，主要依靠叶片的升力作用来驱动叶轮的转动。在叶轮转动过程中，叶片角度不断变化，造成相对于叶片的气流攻角时刻变化。与此同时，位于下游位置的叶片会通过前一个叶片的尾迹区域，不可避免的造成叶片与叶片之间的相互流动干扰，还包括叶片之间的连杆和转轴对流场造成的干扰。因此风轮力学模型复杂、气流状态不稳定，较难建立简单的数学模型，对其机翼的设计和优化也难以找到统一的方法。本文主要通过对H型垂直轴风力机气动力的分析，初步找出垂直轴风力机运行的一定规律。通过数值模拟的方法计算优化机翼与原机翼风轮的空气动力学性能，分析其对风力机性能的影响，得出最优翼型；并进一步与基本翼型进行升阻力系数的模拟计算，得出H型风力机性能的影响因素。本文主要包括四个方面的内容：总结了H型垂直轴风力机的升力理论，初步分析出风力机运转的一定规律；通过两种方式对基本翼型进行优化，运用CFD模拟优化翼型风轮，比较其对风力机性能的影响；在不同叶尖速比下对各种优化翼型风力机进行数值模拟，得出性能曲线；对最优翼型和基本翼型，在叶轮旋转一圈过程中的攻角变化范围内的各个攻角下的升阻力系数进行计算，分析影响H型垂直轴风力机性能的因素。