H型垂直轴风力机CFD仿真研究与性能优化

"该文档主要探讨了垂直轴风力机的仿真与应用研究，特别是针对H型垂直轴风力机。通过计算流体力学（CFD）理论，使用CFX软件进行数值计算，以提升风力机的启动效率和风能捕获能力。研究涵盖了翼型空气动力学、湍流模型、滑移网格技术、启动性能、动态输出特性、风速梯度影响以及风力机的布局策略。" 详细说明如下： 1. 垂直轴风力机空气动力学基础：研究涉及了翼型的基础知识，包括其空气动力特征，以及风力机的工作原理和关键参数。翼型的选择和设计直接影响风力机的性能，因此深入理解其空气动力学特性至关重要。 2. CFX软件与数值模型：CFX是一款强大的计算流体力学软件，用于模拟流体流动和热传递。在本研究中，它被用来进行稳态和瞬态流体计算，以分析风力机性能。同时，研究中采用了剪切力输运SST-κω湍流模型，该模型能够更准确地模拟复杂的湍流现象。 3. 启动性能研究：启动性能是风力机的关键指标之一。通过三维CFD技术，研究了安装半径、叶片弦长、安装角度和叶片数目四个参数对垂直轴风力机自启动性能的影响，这些参数的优化可以提升风力机在低风速条件下的启动能力。 4. 动态输出特性：建立了基于移动网格技术的瞬态CFD模型，研究了各种参数如何影响风力机的功率输出、转矩输出和风能利用率。此外，还探讨了不同风速下风力机的输出特性，以确定最佳运行条件并选择合适的发电机。 5. 发电机匹配：根据风力机的输出特性，选取了与其性能相匹配的发电机，并研究了在正常工作条件下发电机的负载调节策略，以确保高效且稳定的电力生产。 6. 风速梯度与风力机布局：引入风速梯度的概念，分析了上游风力机对下游风力机输出功率的影响，以及风力机间的尾流特征。这有助于优化风力机的实地布置，减少相互干扰，提高整体风电场的效率。 7. 尾流研究：通过数值模拟，研究了风力机产生的尾流特性，这对于多台风力机的排列和间距设计具有指导意义，可以避免尾流效应导致的功率损失。 关键词所涵盖的领域：垂直轴风力机、计算流体力学（CFD）、启动性能、动态输出特性、风速梯度影响、风力机尾流特征，这些都是风能工程中的重要研究方向，对于提高风能利用效率和优化风力发电系统具有重要意义。