導(dǎo)流板對(duì)Banki式風(fēng)機(jī)性能的影響分析(1)

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Banki式風(fēng)機(jī)是一種適合在低風(fēng)速下運(yùn)行的小型石家莊風(fēng)機(jī)廠，但其在迎風(fēng)方向存在負(fù)力矩，整體效率不高的問題，為此提出了在迎風(fēng)方向上安裝一個(gè)弧形導(dǎo)流板的方案。為了探索導(dǎo)流板對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)廠氣動(dòng)性能的影響機(jī)理，并定量分析導(dǎo)流板對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)廠發(fā)電功率的影響，使用滑移網(wǎng)格技術(shù)對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)廠進(jìn)行了二維非定常數(shù)值流體動(dòng)力學(xué)仿真。仿真結(jié)果表明：導(dǎo)流板可減少葉輪在逆風(fēng)半周期內(nèi)的負(fù)轉(zhuǎn)矩，提高石家莊風(fēng)機(jī)廠的輸出功率最高可達(dá)66．9％．
近年來，不可再生能源消耗嚴(yán)重，世界各國對(duì)可再生能源尤其是風(fēng)能的發(fā)展利用都產(chǎn)生了極大的興趣¨1。目前，風(fēng)力的采集主要是由大型裝置實(shí)現(xiàn)的心1，但在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，其風(fēng)力條件差，能源消耗較低，且像電網(wǎng)等傳統(tǒng)供電技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)”。，因此，小尺寸、可在低風(fēng)速下運(yùn)行的石家莊風(fēng)機(jī)廠是這些地區(qū)供電石家莊風(fēng)機(jī)廠是一種能截獲流動(dòng)空氣所具有的動(dòng)能并將石家莊風(fēng)機(jī)廠葉輪迎風(fēng)掃掠面積內(nèi)的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為有用機(jī)械能的裝置。根據(jù)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸在空間的方向，石家莊風(fēng)機(jī)廠在結(jié)構(gòu)上可以分為：水平軸石家莊市風(fēng)機(jī)廠(HAWT)和垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)廠(VAwT)．水平軸石家莊風(fēng)機(jī)廠通常用于大型的風(fēng)力發(fā)電場所，具有較高的發(fā)電效率，但需要持續(xù)穩(wěn)定的風(fēng)速才能有效地提供電力‘41，其性能受風(fēng)速和風(fēng)向的影響較大。
垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)廠可以在高度不穩(wěn)定或湍流流動(dòng)模式下高效運(yùn)行”1，它不受來流方向的影響。6。：以上特性使得垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)廠更適合在風(fēng)速小且不穩(wěn)定的環(huán)境下應(yīng)用。Savonius型石家莊風(fēng)機(jī)廠是一種典型的垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)廠，國內(nèi)外對(duì)Savonius石家莊風(fēng)機(jī)廠進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值分析’7，研究了葉輪展弦比、葉輪問的重疊比、葉輪個(gè)數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)廠性能的影響。Golecha等通過在轉(zhuǎn)子的前面添加偏轉(zhuǎn)板來減小阻礙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的負(fù)轉(zhuǎn)矩，以提高Savonius轉(zhuǎn)子的效率和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、8。Banki式石家莊風(fēng)機(jī)廠是垂直軸石家莊風(fēng)機(jī)廠的一種，適合在低風(fēng)速下運(yùn)行。Dragomireseu曾對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析’9，其研究結(jié)果表明：減少葉輪在迎風(fēng)的半個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)力矩，可以增加石家莊風(fēng)機(jī)廠上的凈轉(zhuǎn)矩，提高Banki式石家莊市風(fēng)機(jī)廠的輸出功率。雖然減少葉輪數(shù)可消除一部分逆風(fēng)半周期內(nèi)的負(fù)轉(zhuǎn)矩，但并未從根本上解決問題，因?yàn)橹灰腥~輪就會(huì)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，而且葉輪數(shù)過少，也會(huì)影響輸出功率：因此，本文提出一種改進(jìn)方法，在Banki式石家莊風(fēng)機(jī)廠的迎風(fēng)方向上安裝一個(gè)弧形導(dǎo)流板，通過此裝置改變渦輪周圍的流場特性，以減少葉輪在迎風(fēng)的半個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)力矩：基于不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)方程，使用滑移網(wǎng)格技術(shù)，研究了導(dǎo)流板對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)廠氣動(dòng)性能的影響，為風(fēng)力發(fā)電裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考依據(jù)和必要數(shù)據(jù)。1 Banki石家莊風(fēng)機(jī)模型Banki石家莊風(fēng)機(jī)的三維視圖和幾何參數(shù)如圖1和圖2所示。
該系統(tǒng)由一個(gè)Banki式轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子外的圓弧型導(dǎo)流板組成。轉(zhuǎn)子使用直葉輪，因此該石家莊風(fēng)機(jī)廠在任何截面的模型圖都相同。考慮到跨度長度不影響石家莊風(fēng)機(jī)廠的性能研究，本文對(duì)其進(jìn)行二維數(shù)值仿真分析。截面幾何模型的關(guān)鍵參數(shù)已標(biāo)出：風(fēng)輪外半徑R。，風(fēng)輪內(nèi)半徑R。，葉輪半徑尺。，葉輪中心半徑R。，導(dǎo)流板半徑R。，相鄰葉輪夾角y．本文主要研究導(dǎo)流板對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)廠性能的影響，因此，導(dǎo)流板的安裝與否是唯一需要考慮的變量。