Savonius石家莊風機廠風機國內外研究現狀(2)

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Savonius石家莊風機廠風機葉片被置于一個箱體內，箱體的迎風側設置了一個進風口，背風一側則設置了一個出風口，研究表明，在導風箱的作用下，兩葉片Savonius石家莊風機廠風機的最大風能利用率比之前增加了O．23倍，而三葉片Savonius石家莊風機廠風機的最大風能利用率則增加了0．5。導風箱參數設置為導風箱入口與出口面積的比值Al以及導風箱內壁間距與石家莊風機廠風機葉片直徑的比值^2。Al處于O．3加．7時，石家莊風機廠風機葉片可達到最大轉速，如為1．4時，石家莊風機廠風機可達到最大功率，其中三葉片石家莊風機廠風機的風能利用率是兩葉片石家莊風機廠風機的1．08倍左右，且三葉片石家莊風機廠風機的啟動性能要優于兩葉片石家莊風機廠風機。
    為了提高兩葉片Savonius石家莊風機廠風機的動轉矩和靜轉矩性能，芬蘭的Windside公司設計了一種螺旋形Savonius石家莊風機廠風機葉片，如圖1-8所示，這種石家莊風機廠風機最大可承受風速達到了60m／s。公司對其產品在各種風速下進行了實驗，發現在工作狀態下，該石家莊風機廠風機一年中至少有157天能夠輸出額定風能。美國的Helixwind公司同樣設計并生產了一種螺旋形Savonius石家莊風機廠風機葉片，這種石家莊風機廠風機啟動風速較低，適應性較強，非常適合在城市中應用。而美國Enviro Energies Holdings公司則生產了Mag—Wind系列風力發電機，如圖1-9所示即為此種石家莊風機廠風機，該系列產品應用磁懸浮技術取代了傳統軸承的作用，使用永磁鐵作為磁懸浮介質，石家莊風機廠風機葉片部分借助磁場作用懸浮于空中，中部旋轉軸則穿過磁體與發電機相連，從而直接輸出轉矩，這種磁懸浮技術減少了石家莊風機廠風機葉片轉動時所受到的阻力，使得石家莊風機廠風機啟動轉矩更低，同時降低了石家莊風機廠風機傳動系統產生的機械噪聲。
   針對傳統直葉片型Savonius石家莊風機廠風機葉片動轉矩震蕩幅度過大、動轉矩系數較小的缺點，本文在傳統Savonius石家莊風機廠風機葉片葉型基礎上，使用扭曲的方式對葉片進行變異設計，以石家莊風機廠風機葉片的動轉矩輸出性能為研究對象，對包括葉片扭角在內的不同結構參數對于石家莊風機廠風機性能的影響方式進行了分析探究，同時針對扭曲型葉片力學性能較差的缺陷，提出使用隔板作為輔助結構的改進方案，并對隔板參數進行優化分析。考慮到對石家莊風機廠風機葉片進行實物試驗周期較長、成本較高的問題，本文采用計算流體力學方法對葉片的流場特性和力學性能進行數值模擬分析，通過正交試驗等數據分析方法合理安排試驗，并分析仿真實驗得到的數據，研究葉片不同結構參數及隔板分布方式對于石家莊風機廠風機動轉矩輸出性能的影響方式及影響機理，為實際工程設計工作提供數據支持和理論依據。
(1)在傳統直葉片型Savonius石家莊風機廠風機葉片的基礎上，提出一種葉片扭曲的策略，對葉片進行變異設計。根據本文所研究的四個葉片結構參數，即葉片重疊比說、葉片高徑比爿P、葉片扭角a、葉片弧度目，使用Matlab設計變異葉片點云自動生成軟件，并利用Pro／E基于特征建模的特點，將點云導入Pro／E生成模型，完成變異葉片三維模型及風場的參數化建模。
(2)利用ANSYSWorkbench作為協同仿真環境平臺建立數值模擬仿真體系，利用Geometry對模型進行適應性處理，利用Meshing完成網格劃分及邊界條件定義，在Fluent中設置邊界條件、湍流模型等求解參數，并利用滑移網格的瞬模型對Savonius石家莊風機廠風機葉片的旋轉運動進行動態仿真。針對不同結構參數的葉片模型，重復進行上述過程。
(3)利用上述數值模擬方法，對葉片扭角進行單因素試驗，得到扭角為300-2000的石家莊風機廠風機葉片動轉矩曲線，利用多項式回歸的方法擬合動轉矩極差和平均動轉矩系數隨扭角變化的曲線，獲得其定量的數學關系，選取較低的動轉矩極差、較高的平均動轉矩系數以及較平穩的動轉矩曲線所對應的扭角，確定合理的扭角分布范圍，并分析扭角變化對于葉片動轉矩輸出性能的影n向機理。
(4)利用正交試驗、交互作用試驗作為數據分析方法，對葉片重疊比D正、葉片高徑比胂、葉片扭角6【、葉片弧度p等結構參數進行合理的試驗安排，得到不同結構參數組合下葉片的動轉矩系數曲線，分析各參數對于動轉矩系數極差和平均動轉矩系數的影響方式，確定合理的葉片結構參數分布范圍，并分析各結構參數變化對于葉片動轉矩輸出性能的影響機理，(5)利用流固耦合方法，對優化前后Savonius石家莊風機廠風機葉片的力學性能進行仿真分析并對比。針對變異Savonius石家莊風機廠風機葉片力學性能較差的缺點，提出使用隔板作為輔助結構的改進方式，以葉片的動轉矩輸出性能為優化目標，對隔板參數進行優化分析，確定合理的隔板布置方式，并分析隔板對于葉片流場特性和力學性能的影響機理。