聚风型风机

聚风型风力机与普通风力机相比,增加了聚风罩,可对气流产生局部加速效果,从而提高发电功率。

基本原理

在封闭管道中,亚音速气流流过收缩管道时,速度会升高。而在开放空间中则与之相反,如下图所示。

圆圈表示的是流经扩张管道的气流在中心线上的速度变化,它在截面积最小处达到最大值,比来流速度高出约80%。聚风罩则利用该原理制成,在风力机叶片外围安装扩张管道形状的聚风罩。

增加后边缘

在聚风罩的后缘增加一段延长的边缘,会使流场在其后方产生低压区,从而形成更大的压力梯度,进一步增加流过聚风罩内的气流的速度。

轴对称截面上的压力和流线 轴对称截面上的风速大小

聚风型风力机

下面左图是聚风型风力机的主要部分的结构示意图,右图是实际的产品,安装在清华大学建筑设计院楼顶的5千瓦聚风型风力机。

总的来说,聚风型风力机具有比如下特点:

  • 体积小:同体积风力机,发电功率是普通风力机的3倍。
  • 噪音小:可适用于城市区域屋顶能源。
  • 尾流小:对周围流场干扰小,有利于提高风电场效率。
  • 自然偏航:偏航功能无需控制系统与电源,自动跟踪风向。

聚风罩形状的优化设计

我们通过数值模拟的方法,对不同边缘角度的聚风罩周围的流场进行评估,总结聚风罩所带来的加速效应及对风力机塔架的载荷的关系,设计优化的聚风罩形状。

除了改变边缘角度以外,我们还采用遗传算法对整个聚风罩的形状进行优化。通过将数值计算软件与优化控制脚本相结合,可实现聚风罩形状的自动优化算法,其目标是找出载荷小、提速效果大的聚风罩形状。下面左图是从优化过程中产生的大量结果中筛选符合要求的聚风罩形状,横坐标是载荷大小,纵坐标是风速大小。下面右图是其中某一聚风罩形状的流场模拟结果。

聚风型风机.txt · 最后更改: 2014/11/25 13:26 由 smx