基于STAR-CCM+多边形网格的垂直轴风机的仿真分析  

Simulation analysis of vertical axis wind turbine based on STAR-CCM+ polygon mesh

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作  者:王垚垚 臧剑波 乔凯 杨宇晴 马苏常 石禹鹏 WANG Yaoyao;ZANG Jianbo;QIAO Kai;YANG Yuqig;MA Suchang;SHI Yupeng

机构地区:[1]无锡职业技术学院机械技术学院,江苏无锡214121 [2]江苏大学无锡机电学院,江苏无锡214121 [3]江苏省智能产线技术及装备工程研究中心,江苏无锡214121 [4]无锡职业技术学院基础部,江苏无锡214121

出  处:《现代机械》2023年第3期89-93,共5页Modern Machinery

基  金:江苏省高等学校优秀科技创新团队“智能制造装备设计及工程应用”(江苏教科函[2019]7号)。

摘  要:目前主流的风力发电机以水平轴式为主,除此以外还存在一种垂直轴风机,其与水平轴相比在某些方面有着一定的优势,然而垂直轴风机领域的研究还较少,技术及理论都不够成熟,使得垂直轴风机一直得不到较好的应用。为了得到一种更具实用价值的垂直轴风力发电机,本文以传统的H型垂直轴风机为基础进行改进,添加了辅助电机和电磁锁等结构,解决了H型垂直轴风机的自启问题。同时,为了将风机的发电功率最大化,需要得到风机在各风速工况下的最佳转速,使用STAR-CCM+的多边形网格,并引入k-ε湍流模型进行垂直轴风力发电机流场仿真模拟。通过改变环境风速和风机转速,对比不同工况下的发电功率,找到各环境风速下的最佳的风机转速。仿真结果表明,当风机转速是当前环境风速的2.5倍时,风机的发电功率最大。At present,the mainstream wind turbine is the horizontal axis type.In addition,there is a type of vertical axis wind turbine that has certain advantages over the horizontal axis type.However,there are little researches on the vertical axis wind turbine,and its technology and theory are not mature,making it difficult for the vertical axis wind turbine to be effectively applied.In order to obtain a more practical vertical axis wind turbine,this paper improves the traditional H-type vertical axis wind turbine by adding auxiliary motors and electromagnetic locks to solve the self-starting problem of the H-type vertical axis wind turbine.At the same time,in order to maximize the power generation of the wind turbine,it is necessary to obtain the optimal fan speed of the wind turbine under various wind speed conditions.This paper uses the polygon mesh of STAR-CCM+and the k-εturbulence model to simulate the flow field of the vertical axis wind turbine.By changing the environmental wind speed and the fan speed,and comparing the power generation under different working conditions,the optimal fan speed for each environmental wind speed is obtained.The simulation results indicate that when the fan speed is 2.5 times the current environmental wind speed,the maximum power generation is achieved.

关 键 词:垂直轴风力机 计算流体力学(CFD) 多边形网格 STAR-CCM+ 

分 类 号:TK82[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]

 

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