壓氣噴氣式自啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)與氣動(dòng)性能研究

邢林春，馮成德

壓氣噴氣式自啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)與氣動(dòng)性能研究

邢林春，馮成德

（四川大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610065）

本文主要致力于改進(jìn)升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)的自啟動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)保持較高的風(fēng)能利用率。常見的升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)方法主要是用阻力型葉片帶動(dòng)升力型葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，但是升力型的葉輪啟動(dòng)后高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，阻力型葉輪對(duì)升力型葉輪的旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生干擾，降低整體風(fēng)力機(jī)對(duì)風(fēng)能的利用效率。本文研究了一種壓氣噴氣式升阻組合型垂直軸風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)裝置，同時(shí)對(duì)風(fēng)力機(jī)的葉輪進(jìn)行了優(yōu)化，在改進(jìn)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪自啟動(dòng)方式的同時(shí)提高了風(fēng)能利用率。

噴氣式；垂直軸風(fēng)力機(jī)；仿真

隨著社會(huì)的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，人類對(duì)清潔能源的需求越來(lái)越大，常見的清潔能源有水力、風(fēng)力、太陽(yáng)能等。我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能和水力的應(yīng)用技術(shù)逐漸的成熟，對(duì)風(fēng)力的應(yīng)用技術(shù)還有待繼續(xù)完善。常見的風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用設(shè)備有水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)風(fēng)能的利用效率高，啟動(dòng)方便，但需要風(fēng)向調(diào)節(jié)裝置；垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，不需要風(fēng)向調(diào)節(jié)裝置，阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)可以自啟動(dòng)，但風(fēng)能利用效率低，升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用效率高[1]，但無(wú)法自啟動(dòng)。

升力型葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率明顯高于阻力型葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)。目前主流升力型葉片垂直軸風(fēng)力機(jī)有兩種類型：一種是升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)，無(wú)法自啟動(dòng)，需配置電機(jī)輔助啟動(dòng)，要額外消耗電能；另一種是升阻復(fù)合型自啟動(dòng)風(fēng)力機(jī)，通過(guò)阻力型葉片帶動(dòng)升力型葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，但啟動(dòng)后阻力型葉片會(huì)成為升力型葉片高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力源[2]。常見的升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)方法主要是用阻力型葉片帶動(dòng)升力型葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，但升力型葉輪啟動(dòng)后高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，阻力型葉輪對(duì)升力型葉輪的旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生干擾，降低整體風(fēng)力機(jī)對(duì)風(fēng)能的利用效率[3]。本文研究的壓氣噴氣式垂直軸風(fēng)力機(jī)能夠自啟動(dòng)，升力型葉片高速推動(dòng)風(fēng)力機(jī)時(shí)，輔助啟動(dòng)裝置不會(huì)成為阻力源，而且對(duì)風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)有助推作用。

本文主要研究了噴氣式自啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和基于Fluent軟件進(jìn)行了風(fēng)力機(jī)葉輪的流場(chǎng)仿真分析。目前垂直軸風(fēng)力機(jī)中應(yīng)用較廣泛的葉片翼型為美國(guó)的NACA的四位數(shù)系列對(duì)稱翼型[4]，本文在對(duì)稱翼基礎(chǔ)上在葉片尾部開設(shè)噴氣孔，通過(guò)壓氣機(jī)在噴氣孔形成主動(dòng)噴射氣流，在克服了垂直軸風(fēng)力機(jī)無(wú)法自啟動(dòng)問(wèn)題的同時(shí)，提高了風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。

1 原理與結(jié)構(gòu)

1.1 風(fēng)力機(jī)的原理

本文設(shè)計(jì)的壓氣噴氣式自啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力機(jī)，與常見的利用阻力型小葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)升力型大葉輪旋轉(zhuǎn)的自啟動(dòng)升阻復(fù)合型垂直軸風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)方式不同，它的主要原理是通過(guò)小葉輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓縮氣流，壓縮氣流以較高的壓強(qiáng)從大葉輪的葉片尾部噴出來(lái)推動(dòng)大葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)是可以克服升力型大葉輪葉片無(wú)法自啟動(dòng)的缺點(diǎn)，并且當(dāng)大葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)速度相較風(fēng)速高很多時(shí)，小葉輪不會(huì)成為升力型大葉輪旋轉(zhuǎn)的阻力源，造成風(fēng)力機(jī)功率損耗，而且風(fēng)速的利用范圍更大。

1.2 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

壓氣噴氣式自啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)包括風(fēng)杯小葉輪、壓氣機(jī)、高壓罐、輸氣管、大葉輪、傳動(dòng)軸、風(fēng)力機(jī)支架等，如圖1所示，大葉輪葉片為升力型葉片、風(fēng)杯小葉輪為阻力型葉片。風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)時(shí)，首先利用小葉輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)壓氣機(jī)進(jìn)行空氣壓縮，然后把壓縮空氣壓入高壓罐中儲(chǔ)存。高壓罐中的高壓氣體通過(guò)輸氣管輸入大葉輪葉片內(nèi)的管道中，然后從葉片的尾部噴氣孔中噴射出來(lái)，推動(dòng)大葉輪旋轉(zhuǎn)。大葉輪通過(guò)軸承安裝在風(fēng)力機(jī)支架上，可以做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)軸上端與大葉輪安裝在一起，下端與發(fā)電機(jī)通過(guò)斜齒輪連接在一起，主要作用是給發(fā)電機(jī)傳遞大葉輪產(chǎn)生的動(dòng)力。風(fēng)杯小葉輪與壓氣機(jī)內(nèi)部的壓氣葉片是一個(gè)整體，通過(guò)軸承安裝在傳動(dòng)軸上。大葉輪葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓氣機(jī)腔體、高壓罐體會(huì)與大葉輪一起旋轉(zhuǎn)，風(fēng)杯小葉輪與壓氣機(jī)內(nèi)壓氣葉片是通過(guò)軸承與傳動(dòng)軸連接在一起，二者可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以大葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)與風(fēng)杯小葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)相互影響。

圖1中的剪頭是葉片氣體流動(dòng)方向示意。風(fēng)杯小葉輪帶動(dòng)壓氣葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)氣流就會(huì)吸入壓氣機(jī)，壓氣機(jī)頂端裝有單向溢流閥，通過(guò)單向溢流閥的高壓氣體會(huì)進(jìn)入高壓罐。單向溢流閥有兩個(gè)作用，一是只允許氣流單向通過(guò)，二是由于單向閥門開啟要具備一定壓力，所以只允許高壓氣體通過(guò)。高壓罐是一個(gè)環(huán)形密閉體，中間的通孔便于風(fēng)力機(jī)主軸穿過(guò)。高壓罐的作用是儲(chǔ)存高壓氣體，其內(nèi)部的高壓氣體會(huì)通過(guò)高壓罐頂端的另外的單向溢流閥進(jìn)入輸氣管。輸氣管由一個(gè)主罐體和三個(gè)分支管道組成，它的主要作用是把來(lái)自高壓罐的高壓氣體輸入到風(fēng)力機(jī)葉片。高壓氣體會(huì)先進(jìn)入主罐體，然后通過(guò)主罐體進(jìn)入三個(gè)分支管道，管道的末端與風(fēng)力機(jī)葉片相連接。風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)部有一個(gè)輸氣管道，葉片尾部有三個(gè)噴氣管道，高壓氣體會(huì)從噴氣管道噴出來(lái)推動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 葉片氣體流動(dòng)示意圖

噴氣式自啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力機(jī)的主軸有內(nèi)層、中層和外層共三層。內(nèi)層為風(fēng)機(jī)支架的垂直軸，是整個(gè)風(fēng)機(jī)的承重軸，與風(fēng)機(jī)葉輪通過(guò)軸承相連接，風(fēng)機(jī)葉輪可以以它為軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。中層為空心軸，是傳動(dòng)軸，上端與風(fēng)機(jī)葉輪連接在一起，下端與變速器、發(fā)電機(jī)連接在一起，主要作用是將風(fēng)機(jī)葉輪產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。外層為風(fēng)杯小葉輪和壓氣葉輪的連接軸，是空心軸，與中層軸通過(guò)軸承連接在一起，二者可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)氣流吹過(guò)來(lái)時(shí)，風(fēng)杯小葉輪先行轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶動(dòng)壓氣機(jī)壓氣葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生高壓氣體。高壓氣體會(huì)通過(guò)單向溢流閥進(jìn)入高壓罐，高壓罐中的高壓氣體緩沖后通過(guò)單向溢流閥進(jìn)入輸氣管道，高壓氣體通過(guò)輸氣管道進(jìn)入風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)部管道中，最后通過(guò)葉片尾部的噴氣口噴射出來(lái)推動(dòng)風(fēng)力機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)力機(jī)大葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)將動(dòng)能傳遞給發(fā)電機(jī)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。

1.3 風(fēng)力機(jī)功率分析

本文選擇小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為研究對(duì)象，風(fēng)力機(jī)的最佳使用狀態(tài)為風(fēng)速3～25 m/s，其他參數(shù)有空氣流速、整機(jī)啟動(dòng)所需功率、噴氣功率、單個(gè)葉片的噴氣速度、噴氣氣體流量、噴氣孔所開位置等。下面對(duì)葉片噴氣孔的開口位置、孔的直徑、孔的數(shù)量進(jìn)行設(shè)定，并且與不開孔的風(fēng)力機(jī)葉片作比較，找出二者的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.4 大葉輪結(jié)構(gòu)

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般分為阻力型和升力型兩類。阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)主要是利用空氣流過(guò)葉片產(chǎn)生的阻力作為驅(qū)動(dòng)力，而升力型則是利用空氣流過(guò)葉片產(chǎn)生的升力作為驅(qū)動(dòng)力。升力型葉片在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)速的增加升力增大，所以升力型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率要比阻力型的高很多。本文采用的大葉片為升力型葉片，為了克服難以自啟的缺點(diǎn)，采用了噴氣式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。風(fēng)力機(jī)的葉輪上均勻分布有三個(gè)葉片，每個(gè)葉片尾端都可以噴出高壓氣體推動(dòng)大葉輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)葉輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定速度時(shí)，就可以依靠自身產(chǎn)生的升力提供動(dòng)力。風(fēng)力機(jī)整體高度1200 mm，葉輪直徑800 mm，風(fēng)力機(jī)底部裝有發(fā)電機(jī)及其相關(guān)的裝置。

2 實(shí)驗(yàn)與討論

2.1 葉片結(jié)構(gòu)與參數(shù)

本文用Fluent軟件對(duì)大葉輪的效率、流場(chǎng)分布，壓力分布進(jìn)行仿真研究。主要方法是通過(guò)對(duì)有噴氣管道的噴氣式葉片和沒有噴氣管道的普通葉片做對(duì)比分析，從而得到噴氣式葉片氣動(dòng)性能的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。兩種葉片翼型大小一致，網(wǎng)格劃分一致，模擬條件相同。本文大葉輪葉片采用的翼型均為NACA0012，在弦長(zhǎng)相等的條件下，葉片的厚度比較薄，在做負(fù)功的區(qū)域中可以起到減少空氣阻力的作用，提高風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度，具有很好的空氣動(dòng)力學(xué)性能[5]，葉片翼型截面形狀如圖2所示。

圖2 翼型截面示意圖

噴氣式葉片的結(jié)構(gòu)如圖3所示，內(nèi)部有一個(gè)主輸氣管道和三個(gè)均勻分布的噴氣口，高壓氣流通過(guò)主輸氣管道進(jìn)入三個(gè)分噴氣管道中，然后通過(guò)三個(gè)噴氣口噴出。噴氣管通過(guò)壓氣機(jī)供應(yīng)高壓氣體。氣源的工作壓力應(yīng)比氣動(dòng)系統(tǒng)中的最高工作壓力高20%左右，因?yàn)橐紤]供氣管道的沿程損失和局部損失。假定壓氣機(jī)的排氣壓力為1 MPa，當(dāng)風(fēng)機(jī)外流場(chǎng)的風(fēng)速為10 m/s，取葉片進(jìn)氣口的空氣流速為15 m/s。主輸氣管道的直徑為15 mm，三個(gè)分噴氣管道直徑為10 mm。普通葉片的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 噴氣式葉片示意圖

圖4 普通葉片示意圖

2.2 大葉輪流體仿真

本文利用Creo軟件對(duì)風(fēng)力機(jī)大葉輪葉片進(jìn)行幾何建模，利用Cambit軟件對(duì)葉片進(jìn)行網(wǎng)格劃分。風(fēng)力機(jī)大葉輪葉片數(shù)＝3，葉片安裝角為0°，翼型弦長(zhǎng)＝0.3 m，葉輪旋轉(zhuǎn)半徑＝0.4 m。風(fēng)輪直徑＝0.8 m，葉片高度0.36 m。采用三維計(jì)算域進(jìn)行分析，計(jì)算域長(zhǎng)4.8 m、寬2.4 m、高1.5 m，計(jì)算域分為旋轉(zhuǎn)域和靜止域，旋轉(zhuǎn)域位于靜止域中心，兩者單獨(dú)進(jìn)行網(wǎng)格劃分[6]，如圖5所示。靜止域與旋轉(zhuǎn)域之間的交界面設(shè)為滑移網(wǎng)格界面，滑移界面環(huán)向圓柱面的直徑為1.10，環(huán)向圓柱面的高度為0.4 m。旋轉(zhuǎn)域的內(nèi)部與外部都采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，靠近葉輪處和進(jìn)氣管處進(jìn)行了網(wǎng)格加密處理。噴氣式風(fēng)力機(jī)葉輪在計(jì)算域中的結(jié)構(gòu)如圖6（a）所示，考慮到噴氣式風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)部有氣體流入，故對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的入氣口做適當(dāng)?shù)募娱L(zhǎng)處理，風(fēng)力機(jī)的噴氣管道如圖6（b）所示。普通風(fēng)力機(jī)葉輪在計(jì)算域中的結(jié)構(gòu)如圖7所示。葉片靜止域大約有2000000個(gè)單元，旋轉(zhuǎn)域共計(jì)300000個(gè)單元。

圖5 計(jì)算域和旋轉(zhuǎn)域示意圖

圖6 噴氣式風(fēng)力機(jī)葉輪在計(jì)算域中的機(jī)構(gòu)

圖7 普通風(fēng)力機(jī)葉輪在計(jì)算域中的機(jī)構(gòu)

利用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬；計(jì)算域左邊設(shè)為入口邊界，速度＝10 m/s；計(jì)算域右側(cè)設(shè)為壓力出口邊界，壓力等于大氣壓；計(jì)算域的前后上下四面設(shè)為對(duì)稱無(wú)滑移壁面邊界；風(fēng)力機(jī)葉輪表面設(shè)為無(wú)滑移壁面邊界，跟隨旋轉(zhuǎn)域一起旋轉(zhuǎn)。噴氣式風(fēng)力機(jī)葉片入氣口的氣體來(lái)自于壓氣機(jī)傳送出的高壓氣體，葉片進(jìn)氣口的氣體流速設(shè)為15 m/s，普通風(fēng)力機(jī)葉片沒有噴氣管道。選用k-omega SST湍流模型，采用壓力基隱式求解器，速度取絕對(duì)速度，壓力和速度耦合采用SIMPLE算法[7]。

2.3 參數(shù)求解

垂直軸風(fēng)力機(jī)工作原理為利用空氣流過(guò)葉片產(chǎn)生的升力與阻力的共同作用下引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，假設(shè)風(fēng)輪輸出功率為；單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)力機(jī)所獲得的能量與來(lái)流風(fēng)能之比為風(fēng)能利用系數(shù)（功率系數(shù)）C[8]，用來(lái)評(píng)定風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的優(yōu)劣；功率系數(shù)能反映風(fēng)力機(jī)效率的大小，是關(guān)系到發(fā)電量的一個(gè)重要指標(biāo)。葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比為葉尖速比[9]，用來(lái)表示風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度的快慢。

式中：為氣流對(duì)葉片的扭矩，N·m；為旋轉(zhuǎn)角度，rad/s；為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，r/min；為空氣密度，kg/m；為風(fēng)輪的掃略面積，m；為來(lái)流風(fēng)速，m/s；為風(fēng)輪半徑，m。

2.4 計(jì)算結(jié)果與分析

Fluent的殘差曲線表明，當(dāng)?shù)綌?shù)1000時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此下面選取1000步時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算[10]。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理得到不同轉(zhuǎn)速和翼型下風(fēng)輪的氣動(dòng)性能。

圖8為不同葉尖速比下普通風(fēng)力機(jī)葉輪和噴氣式風(fēng)力機(jī)葉片的風(fēng)能利用系數(shù)的C-曲線，可以看出，噴氣式葉片的風(fēng)能利用系數(shù)明顯高于普通葉片的風(fēng)能利用系數(shù)，這與葉片尾部制造出的主動(dòng)噴射氣流有關(guān)。

流場(chǎng)域風(fēng)速10 m/s、葉片噴氣口速度15 m/s、尖速比＝1.0時(shí)的速度場(chǎng)分布圖、流線與壓力分布圖如圖9、圖10所示。由圖9可以明顯看出，噴氣式葉輪內(nèi)部和葉片尾部為高流速區(qū)域，葉輪外部為低速流區(qū)域，普通葉輪恰恰相反。因?yàn)榱魉倥c壓強(qiáng)成反比，所以噴氣式葉輪內(nèi)部壓強(qiáng)較小，外部壓強(qiáng)較大，這有助于提高風(fēng)機(jī)的效率。從圖10中，可以看到噴氣式葉輪內(nèi)部區(qū)域壓力較小葉輪外部區(qū)域壓力較大形成了一定的壓差，而普通葉輪內(nèi)部區(qū)域與外部區(qū)域壓力分布較為均勻沒有明顯的壓差。從圖10（a）中可以看出，噴氣式葉輪內(nèi)部區(qū)域與靠近葉輪的區(qū)域，流線分布成環(huán)形且方向?yàn)槟鏁r(shí)針，這表明了氣流分布較為均勻，沒有明顯的回流現(xiàn)象。從圖10（b）可以看出，普通葉輪湍流和回流現(xiàn)象較為明顯。

圖8 風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)

圖11只表示了噴氣式葉輪從葉片噴氣口噴出的氣流軌跡?？梢钥闯鋈~片尾部噴出的高速氣流，會(huì)有一部分進(jìn)入葉輪內(nèi)部區(qū)域，結(jié)合圖10（a）中葉輪內(nèi)部的環(huán)形流線可以得知，氣流會(huì)在葉輪內(nèi)部做環(huán)形流動(dòng)，流動(dòng)方向與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，有助于提高風(fēng)機(jī)效率。

圖9 速度場(chǎng)分布

圖10 流線與壓力分布圖

圖11 噴氣式葉輪流線圖

3 結(jié)論與展望

本文研究的噴氣式自啟動(dòng)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)克服了升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)難以自啟的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種行之有效的升力型風(fēng)力機(jī)自啟動(dòng)結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)能的利用率高、啟動(dòng)速度快、體積小巧具備很好的應(yīng)用前景。

通過(guò)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉輪的仿真分析和計(jì)算可以得到以下結(jié)論：

（1）基于垂直軸風(fēng)力機(jī)的基本翼型，在葉片尾部引入主動(dòng)噴射氣流，風(fēng)力機(jī)的C的工作范圍有了明顯擴(kuò)寬，由于葉片尾部引入主動(dòng)射流，在工作范圍內(nèi)風(fēng)能利用系數(shù)也有提升。本文假定的葉片進(jìn)氣口速度為15 m/s，噴氣管道有三個(gè)，直徑為10 mm，在葉片尾部均勻分布。

（2）噴氣式垂直軸風(fēng)力機(jī)，在一定程度上改變了葉片周圍的壓力分布;葉片周圍的壓力分布有利于葉片的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而增加了風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)。

[1]玄兆燕，張?zhí)?，景?huì)成，等. 小型垂直軸風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)性能的數(shù)值模擬[J]. 流體機(jī)械，2017，45（3）：48-51.

[2]張輝. 集氣罩的設(shè)計(jì)及風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)的數(shù)值分析[J]. 阜新：遼寧技術(shù)工程大學(xué)，2009.

[3]吳運(yùn)東. 我國(guó)風(fēng)能資源量的商榷[J]. 太陽(yáng)能，2005（6）：5-52.

[4]鄭云. 小型 H 型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣動(dòng)性能分析[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2008.

[5]王建明，譚永志，溫學(xué)兵，等. 葉片尾緣噴氣的垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能研究[J]. 渤海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，34（4）：52-58.

[6]陳衛(wèi)勇. 基于CFD數(shù)值模擬的垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[7]陽(yáng)志欽，崔文篆. 垂直軸風(fēng)力機(jī)二維非定常流場(chǎng)數(shù)值模擬[J]. 現(xiàn)代制造工程，2009（8）：56-58.

[8]王樹杰，盛傳明，袁鵬，等. 潮流能水平軸水輪機(jī)湍流模型研究初探[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，44（5）：95-100.

[9]朱春建，胡丹梅，杜朝輝. 水平軸風(fēng)力機(jī)三維氣動(dòng)特性研究實(shí)驗(yàn)[J]. 電力與能源，2005，26（3）：93-96.

[10]楊從新，力壽圖，王秀勇. 低風(fēng)速下H型垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，32（10）：888-893.

Study on Design and Aerodynamic Performance of Pneumatic Self-Starting Vertical Axis Wind Turbine

XING Linchun，F(xiàn)ENG Chengde

(School of Mechanical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

This paper mainly focuses on improving the self-starting performance of lift-type vertical axis wind turbine while maintaining a high wind energy utilization rate. The common starting method of a lift-type vertical axis wind turbine is mainly to drive the lift-type blades to rotate with drag-type blades. However, when the lift-type blade rotates at a high speed after starting, the drag-type blade will interfere with the rotation of the lift-type blade, which will reduce the overall wind turbine's utilization efficiency of wind energy. In this paper, a kind of pneumatic jet lift-drag combined vertical axis wind turbine starting device is studied, and the blade of the wind turbine is optimized, which improves both the self-starting performance of lift-type vertical axis wind turbine and the utilization rate of wind energy.

jet；vertical axis wind turbine；simulation

TK83

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.02.003

1006－0316 (2021) 02－0017－07

2020－08－27

四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2020YFN0010）

邢林春（1995－），內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士，主要研究方向?yàn)榇怪陛S風(fēng)力發(fā)電機(jī)，E-mail：1741619549@qq.com。