美国SANDIA国家实验室关于垂直轴风力机的研究报告SAND74-0160

合集下载

垂直轴风力机叶片改进动态失速模型

垂直轴风力机叶片改进动态失速模型

垂直轴风力机叶片改进动态失速模型张立军;赵昕辉;马东辰;米玉霞;王旱祥;姜浩【摘要】为研究垂直轴风力机叶片在动态失速下的气动性能,结合风力机的实际工作情况对常用动态失速模型——B-L模型和MIT模型进行了修正.以Sandia实验室17 m垂直轴风力机为例,计算了风力机叶尖速比分别为2.33和3.09时叶片的动态切向力系数和动态法向力系数.研究结果显示:MIT修正模型对风力机上风区的切向力系数和下风区的法向力系数的预测精度较高;B-L修正模型对风力机上风区的法向力系数和下风区的切向力系数的计算结果与实验数据较一致.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2019(030)006【总页数】7页(P644-649,657)【关键词】垂直轴风力机;动态失速;B-L模型;MIT模型;双致动盘多流管【作者】张立军;赵昕辉;马东辰;米玉霞;王旱祥;姜浩【作者单位】中国石油大学(华东)机电工程学院,青岛,266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,青岛,266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,青岛,266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,青岛,266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,青岛,266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,青岛,266580【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言垂直轴风力机可以接收来自任何方向的风,其增速齿轮箱和发电机可以安装在地面,运行维修方便,但风力机运行时,其叶片常发生动态失速(低叶尖速比时尤为明显)[1],因此准确计算动态失速下的叶片气动力系数是分析与设计垂直轴风力机的关键。

动态失速是指叶片攻角发生周期性或非定常变化时,翼型的失速攻角比静态失速攻角要大得多,且翼型气动特性曲线(通常为法向力系数和切向力系数随攻角的变化曲线)要明显滞后于静态曲线的现象。

翼型发生动态失速时测得的动态气动力系数与翼型静止时的静态气动力系数相差较大。

目前研究翼型动态失速的方法主要有三种:①以Navier-Stokes方程为基础的CFD数值方法[2-4];②基于面元法和边界层理论的黏性与无黏耦合算法[5];③基于实验数据建立的半经验动态失速模型方法[6-7]。

垂直轴风力发电机研究报告

垂直轴风力发电机研究报告

垂直轴风力发电机研究报告
摘要:
本报告对垂直轴风力发电机进行了深入研究。

首先,介绍了风力发电
的背景和发展现状,然后详细论述了垂直轴风力发电机的原理和工作方式。

接着,我们分析了垂直轴风力发电机的优点和缺点,并与传统的水平轴风
力发电机进行了比较。

最后,我们探讨了垂直轴风力发电机在未来的发展
趋势和应用前景。

1.引言
1.1背景
1.2目的和意义
2.风力发电的现状和发展
2.1全球风力资源分布
2.2风力发电的优势和限制
2.3风力发电行业的发展现状
3.垂直轴风力发电机的原理和工作方式
3.1垂直轴风力发电机的结构
3.2垂直轴风力发电机的工作原理
4.垂直轴风力发电机的优点和缺点
4.1优点
4.2缺点
5.垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机的比较
5.1结构比较
5.2性能比较
5.3经济性比较
6.垂直轴风力发电机的发展趋势和应用前景
6.1技术改进和创新
6.2垂直轴风力发电机在城市环境中的应用
6.3垂直轴风力发电机在离网场景中的应用
7.结论
本报告将详细介绍垂直轴风力发电机的原理和工作方式,分析其优缺点并与传统的水平轴风力发电机进行比较。

同时,对垂直轴风力发电机在未来的发展趋势和应用前景进行探讨。

垂直轴风力发电机报告

垂直轴风力发电机报告

垂直轴风力发电机报告标题:垂直轴风力发电机的发展与应用,技术报告摘要:本报告介绍了垂直轴风力发电机的发展历程、工作原理以及其在可再生能源领域的应用。

首先,我们回顾了垂直轴风力发电机的起源和发展过程;接着,我们详细解释了垂直轴风力发电机的工作原理和方案;最后,我们探讨了垂直轴风力发电机在城市、农村和离岸等不同场景中的应用前景。

通过本报告的阅读,读者将对垂直轴风力发电机有更深入的了解,并认识到其在可再生能源行业中的潜力。

一、引言风力发电是现代可再生能源行业的重要组成部分之一、传统的水平轴风力发电机在市场上占据主导地位,但近年来,垂直轴风力发电机作为一种新型的发电设备逐渐崭露头角。

本报告旨在介绍垂直轴风力发电机的发展历程、工作原理和应用前景。

二、垂直轴风力发电机的发展历程垂直轴风力发电机最早在古希腊时期就有了雏形。

随着工业革命的发展,风力发电开始发展为一个产业,并引入了水平轴风力发电机。

然而,水平轴风力发电机存在一些问题,例如受风向影响较大、噪音较大等。

为了克服这些问题,垂直轴风力发电机逐渐成为研究重点。

三、垂直轴风力发电机的工作原理垂直轴风力发电机的工作原理与水平轴风力发电机有所不同。

水平轴风力发电机通过风车叶片转动发电,而垂直轴风力发电机则通过风力对转子产生的扭矩直接转动发电。

转子通常由多个垂直排列的叶片组成,利用风力使其旋转。

此外,垂直轴风力发电机的叶片通常具有对流式设计,以增强其效率。

四、垂直轴风力发电机的应用前景垂直轴风力发电机在城市、农村和离岸等不同场景中都有广阔的应用前景。

在城市中,垂直轴风力发电机可安装在高楼大厦或公共设施上,利用城市中的空气流动发电。

在农村中,垂直轴风力发电机可以解决偏远地区电力供应问题。

而在离岸领域,垂直轴风力发电机可以利用海上的强劲风力进行发电,为离岸油田等设施提供清洁能源。

五、结论通过本报告的介绍,我们了解到垂直轴风力发电机的发展历程、工作原理和应用前景。

垂直轴风力发电机作为一种新型的发电设备,具有设计灵活性强、受风向影响小等优势,在可再生能源行业具有广阔的应用前景。

解决微风发电难题,竖轴风机是技术关键

解决微风发电难题,竖轴风机是技术关键

解决海微风发电难题竖轴风机是技术关键(一)竖轴风力发电机竖轴风力发电机存在着三方面的优势,它们分别是发电机设备的重心低、构造相对简单、更容易向大尺寸发展。

研究人员认为,竖轴风力发电机重心较低意味着能够改善在海上漂浮的稳定性和降低重心疲劳负荷。

此外,竖轴风力发电机的动力传动系统接近海平面,有望更容易维修并更快被利用。

竖轴风力发电机部件更少且疲劳负荷低和维修容易降低了维护成本。

事实上,在人们开始研究风力的时候,竖轴风力发电机就是关注的对象。

一:竖轴风力发电机结构简单在美国能源部的支持下,桑迪亚国家实验室目前在为美国近海风能发电机系统开发先进的转子技术,此项为期5年、投资达410万美元的研究始于今年1月。

桑迪亚国家实验室风能项目风能技术经理大卫.敏斯特表示,风能项目的目标是加强低碳发电的应用,应对全国能源面临的挑战。

桑迪亚国家实验室研究项目负责人之一乔希?帕奎特说,从机械简明性的角度看,竖轴风力发电机十分可取。

因为它们发电时不需要将叶片指向风向的控制系统,所以它们的部件要少于常见的横轴风力发电系统。

在研究人员看来,近海风能发电系统的设计必须解决支撑结构高成本的问题,并能满足简单且可靠的要求,同时在设备尺寸超过陆基风力发电系统的情况下仍能实现可盈利运行。

大型近海竖轴风力发电机的叶片长度超过300米后,叶片的制造成本将超过陆基风力发电机叶片的制造成本。

然而,随着发电系统和其基底变大,涡轮机和转子占整个系统成本的比例却在减少,因此竖轴风力发电机结构的其他好处将会抵消叶片成本的增加。

二:难题重重竖轴风力发电机叶片具有十分复杂的弧形表面,其生产难度高。

制造超长的竖轴风力发电机叶片需要创新的工程手段,对此,桑迪亚国家实验室另一位项目负责人马特?巴罗内表示,爱荷华州立大学和TPI复合材料公司将研发新的技术以帮助生产几何形状复杂的竖轴风力发电机叶片,它们的目标是以能够承受的成本生产尺寸超大的产品。

其次,竖轴风力发电机系统必须解决叶片附加给动力传动系统循环荷载的问题。

垂直轴风力发电机的发展概况及趋势

垂直轴风力发电机的发展概况及趋势

行业发展垂直轴风力发电机的发展概况及趋势孙云峰1田德(通讯作者)1,2王海宽1张春友1时燕1亢燕茹11.内蒙古农业大学机电工程学院2.华北电力大学可再生能源学院[摘要]概述了垂直轴风力发电机在国内外的发展状况,介绍了阻力型和升力型垂直轴风力机的类型和特点,分析了垂直轴风力发电机相对于水平轴风力发电机的优点及其需要解决的问题,简介了垂直轴风力发电机的应用,并展望了其发展趋势。

[关键词]垂直轴风力发电机风力机发展概况风力机类人类利用风能已有数千年历史,风力发电场的建设,始于19世纪末的丹麦。

风能的最早利用形式就是垂直轴风车,但是垂直轴风力发电机直到20世纪20年代才开始出现。

由于人们普遍认为垂直轴风力发电机的风能利用率低于水平轴,因而导致垂直轴风力发电机长期得不到重视。

随着升力型风轮的发展,使得垂直轴风力发电机的风能利用率不再低于水平轴,并且与水平轴风力发电机相比,其具有维护方便,叶片设计制造简单,造价低,不需对风装置等优点。

1国内外垂直轴风力发电机的发展概况1.1国外垂直轴风力发电机的发展概况2002年欧洲风能协会(EWEA)与绿色和平组织(Green-peaceInternational)发表了一份标题为"风力12(WindForce12)"的报告,勾画了风电在2020年达到世界电量12%的蓝图,到2020年,风电安装总量将达到126万MW,且年发电量将达到世界电能总需求量的12%[1]。

根据GWEC公布的数据,2007年全球新增风电装机2007万kW,较上年增加30%,全球风电市场的规模达到360亿美元/年[2]。

截止到2007年底,全世界风力发电机的总装机容量达到9411.2万kW,装机容量最多的前三个国家分别是德国、美国、西班牙,中国居世界第5位[3]。

近年来,垂直轴风力发电机的研究取得了极大的进展,很多形象各异的商用小型垂直轴风力机(VerticalAxisWindTurbines,VAWT)已成功投入市场。

国外垂直轴风力发电机的发展现况和趋势

国外垂直轴风力发电机的发展现况和趋势

1. 概述在全球范围内,能源问题一直是国际社会的关注焦点。

随着环境保护意识的增强和传统能源资源的日益枯竭,可再生能源作为一种清洁、可持续的能源形式,受到了越来越多的关注。

而风能作为可再生能源的一种,已经成为各国发展清洁能源的重要选择之一。

在风能发电技术中,垂直轴风力发电机因其独特的结构和性能,备受关注。

本文将探讨国外垂直轴风力发电机的发展现况和趋势。

2. 国外垂直轴风力发电机的发展现况垂直轴风力发电机因其垂直的旋转轴线,以及与地面垂直方向的叶片布局,不受风向的限制,具有更好的风向适应性,可以克服传统水平轴风力发电机在风向变化时的转向机构设计和运行故障问题。

其受到了研究和应用领域广泛的关注。

经过多年的研发和实践,国外垂直轴风力发电机已经取得了一定的技术突破和进展。

其技术特点和发展现状主要体现在以下几个方面:1) 结构设计创新:国外各大科研机构和企业在垂直轴风力发电机的结构设计上进行了大量的创新研究,提出了一系列符合实际应用需求的设计方案。

采用了更加轻巧、稳定的叶片设计,提高了转子的可靠性和转动效率;采用了模块化设计,降低了制造成本和维护成本等。

2) 材料和制造工艺的改进:随着新材料和制造工艺的不断发展,垂直轴风力发电机的叶片、塔架等关键部件的材料和工艺也得到了很大程度的改进,提高了其结构强度和使用寿命。

3) 风场适应性优势凸显:由于其特殊的结构设计,垂直轴风力发电机在复杂的风场环境中表现出更好的适应性和稳定性,大大降低了运行风险。

3. 国外垂直轴风力发电机的发展趋势随着全球清洁能源市场的迅速发展,国外垂直轴风力发电机的发展也呈现出一些明显的趋势:1) 技术研发持续深入:未来,国外各大科研机构和企业将继续深入开展垂直轴风力发电机的技术研发工作,不断提高其效率和可靠性,降低成本,以满足不断增长的市场需求。

2) 多元化的应用场景:垂直轴风力发电机逐渐在城市、高楼大厦等区域得到应用,成为一种新的城市绿色能源形式,未来其应用场景将更加多元化,满足不同领域的能源需求。

风力发电机说明书

风力发电机说明书
1.2.1国外垂直轴风力发电的发展现状
近年来,垂直轴风力发电机组的研究取得了极大的进展,很多形象各异的商用小型垂直轴风力发电机组(Vertical Axis Wind Turbines,VAWT)已成功投入市场。国外大的公司有加拿的Cleanfield Energy公司,主导产品是额定功率为3.5kW,升力型风力发电机组,整套系统由玻璃钢纤维和钢材组成,约重181.4kg,风轮高3m,风轮回转直径为2.5m;美国Mag-Wing公司,主导的MW1100型风力发电机组,额定功率为5kW,额定风速为12.5 m/s,发电量在平均风速5.8 m/s的条件下为1100 kWh/月,该机启动风速低于2.3 m/s,最高风速45m/s,如图1所示;美国PacWind公司生产的垂直轴风力发电机组的风轮高1.22 m,直径为0.76m,重2.7kg,风轮转速0-1200rad/min,发电机高0.15 m,直径0.45 m,质量3.6 kg,如图2所示。
The structure of Darrieus-type VAWT wind blades belongs to the mast-rotor complex structure system, so its reliability is an important unit performance. The main tasks of this paper are doingresearch on the design method of vertical axis wind turbine structure, focusing on the structural arrangement of the wind turbine andThe choice ofbladeairfoilprofile.

垂直轴风力发电机组的设计与性能研究

垂直轴风力发电机组的设计与性能研究

垂直轴风力发电机组的设计与性能研究随着科技的不断发展和环保意识的提高,可再生能源逐渐受到人们的青睐。

风力发电机作为空气能转化成电能的重要装置之一,也在不断的研究和发展。

垂直轴风力发电机组在这个领域扮演着异军突起的角色,其独特的结构和性能优势吸引了国内外众多专家的目光。

一. 垂直轴风力发电机组的设计垂直轴风力发电机组是指风力发电设备中转子轴线竖直,叶片旋转面垂直于地面。

相对于传统的水平轴风力发电机,垂直轴风力发电机拥有更为广阔的应用领域。

其特点主要表现在以下几个方面:1.适应性强垂直轴风力发电机组可以被用于各种地形、各种气候条件下的风能资源利用,产生的振动和噪声较小,适合于城市和农村领域中的小型风电场。

2.高效性能垂直轴风力发电机组因为其结构上的特殊性,使得其在低风速条件下依然能够产生电能,相对于其他风力发电机而言,它的发电效率更高、更稳定。

3.运转安全垂直轴风力发电机组的机组不受方向和大小限制,转矩、重心、惯性力的平衡性也很好,可以在运转条件下减小结构疲劳损伤,从而提高设备的可靠性和使用寿命。

垂直轴风力发电机组的设计包含多个方面,其中重点考虑齿轮减速器、磨损与摩擦、自动转向等问题。

同时,风机的轴承材料、测量模型、风场起伏、大气压力等因素都将直接或间接影响垂轴风机的效率和性能。

二. 垂直轴风力发电机组的性能研究为了更好地发挥垂直轴风力发电机组的性能优势,优化其运行效率,研究者们也对其性能进行了深入探究,主要包括以下研究方向:1. 研究风机的动态特性风机在运行时,会出现转速的波动、能量的损失以及噪声的产生等问题,因此需要研究风机的动态特性。

刘维庆教授团队。

研究了垂直轴风力发电机的动态仿真模型,通过数理模型和实验对其动态特性进行了评估和分析,为进一步优化风机的控制提供了基础。

2. 研究风机的叶片设计近年来,研究者们也在着力改进机组的叶片设计。

研究表明,对于垂直轴风力发电机,叶片的设计对于功率密度和发电效率有着重要影响。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

can be envisioned: best performance large
both low and high relative
RLU/V because
rotational
occurs
the angle of attack is sufficiently Figure 3 illustrates
As long as the chordwise will always is poor be positive. at low relative
than the chordwise As stated cause entirely of airfoil different
drag force,
the driving
A similar
was independently Council
of the National
of Canada in the early a photograph in cross
Figure is a symmetric of uniform
1 shows airfoil
of a small-scale and is curved
RW/ V. L, and the drag of the
The forces force,
rotation
are determined
the lift force,
D, onto the direction (Figure
of the chord
line of the airfoil.
The chordwise sense,
up to the point where the flow separates to as stall. creases condition
the airfoil. large
This separation to cause stall,
is generally the lift-to-drag
Once the angle of attack is sufficiently angle of attack.
will not cause
to bend and thus
the stresses
will be pure tension. axis wind turbine offers several advantages over the conventional propeller-
The verticaltype Rw/V corresponds
to an angle of attack of approximately the angle of attack decreases high relative
indicated, speed
For a given blade position, (R~/V). stalled Therefore, during over
blade fabrication of the verticalover
costs. axis wind turbine forces is analogous to the aerodynamics These
principle
When a fluid flows divided
an airfoil,
the relative u, depends In the figure, 12 degrees
W, and the chord V, the roso that
As illustrated speed,
on the wind speed,
Rw, and the blade position
V and RW are drawn at the blade position relative
is comparable of the available
to that of a conventional stream energy
horizontal-axis
wind turbine,
with increasing
For optimum
aerodynamic
performance,
the stalled
should be avoided.
3
Figure
1.
Vertical
Axis
Wind
Turbine
4
A
o
Figure 2. Aerodynamic on a Rotating Because condition. stead, absolute the verticalaxis wind turbine First, the wind felt on a rotating of the wind relative RM. airfoil the velocity
designed
for the generation
was for a “turbine turbine Research
having its rotating developed
shaft transverse by the National 1970 ‘s.
to the flow of the current. Aeronautical Establishment
THE VERTICAL-AXIS WIND TURBINE “HOW IT WORKS”
In 1925, of windmill
G. J. M. Darrieus,
Paris,
France, of power.
proposed The patent,
for United States patent a new type issued in 1931 as Number ‘‘ 1, 835, 018, wind
component
lift force component
2) tends to cause opposes
rotation
in a counterclockwise
while the chordwise lift force is greater
of the drag force
this motion. torque
allow simpler
maintenance. fabrication costs because of simple tower construction
3,
Lower
and reduced The operational of a wing (airfoil). forces are generally
is perpendicular
The angle between airfoil, section.
is c ailed the angle of attack. to the centerline
For a symmetric cross
as shown in Figure The general
line corresponds airfoils
of the airfoil (L/D)
characteristic
of most
is that the ratio
of lift-to-drag from
increases
with increasing
angle of attack referred ratio de-
CHORD LINE
Forces Airfoil
Acting
has rotating
airfoils,
it presents the absolute
a slightly wind speed.
different In-
is not simply
to the blade is the absolute velocity difference
Ability
to accept
wind from
any direction. at ground level, tower without costly construction bevel and
The generator gearing, less
can be placed
and will thereby
drag ratio goes to zero posite picture
as the angle of attack goes to zero. performance speeds;
the above discussion, poor performance at intermediate
of the aerodynamic
rotational
speed
(Rw / V),
the airfoil
be stalled t ational
In that the blade
stalls
at low relative
speeds,
the aerodynamic that cause
performance
will be very poor for small by projecting
for high values behavior.
of L/D but not large
enough
to cause
stall.
this anticipated
The efficiency
of the vertical-axis i. e. , about
wind turbine 40 percent
相关文档
最新文档