优化叶片设计的垂直轴风力机气动性能：实验与数值研究

本文主要探讨了"不同叶片设计的垂直轴风力机模型空气动力性能的数值和实验研究"。随着对可再生能源需求的增长，垂直轴风力涡轮机（VAWT）因其独特的优势，如低噪音、易于安装和不受风向影响，越来越受到关注。本文的焦点在于萨沃纽斯（Savonius）涡轮机，一种广泛应用的VAWT类型，其采用基于阻力的转子设计。 研究者们针对六种不同的转子设计进行了深入研究，包括常规的Savonius涡轮机与两种不同的边缘条件结合，以及90度螺旋弯曲模型与两种、三种和四种尖锐边缘的配置。设计过程利用SolidWorks软件，随后通过3D打印技术制作出物理模型进行实地风洞测试。测试范围涵盖了每分钟转数（RPM）和多种风速，旨在评估扭矩和功率系数。 采用亚音速开放式风洞进行实验，同时借助ANSYS Fluent进行计算流体动力学（CFD）模拟，通过移动参考轮廓和滑动点阵显示方法，对简化模型的性能进行深入分析。研究采用三维和瞬态策略，确保了扭矩和功率系数的精确捕捉。 实验结果显示，这五种新型转子设计相比于传统的Savonius涡轮机有显著优势，如重心位置优化和在轴线上产生的扭矩增强。尤其是CC模型和QM模型，它们在减少边缘处负扭矩的总范围方面表现出20度的改进，使得整体性能更加优化。 本研究通过对比和优化叶片设计，揭示了如何通过改进垂直轴风力机的空气动力性能，提高其效率和适应性，对于推动VAWT技术的发展具有重要价值。该研究成果发表在《动力与能源工程》期刊上，为未来风能领域的设计和工程实践提供了宝贵的数据和理论支持。