垂直轴风力机VAWT数值模拟试验验证

释放双眼,带上耳机,听听看~!

很久没有在泵小丫网站上写文章了,现在离开泵行业,转行做垂直轴风力机,借此机会给大家分享一点点小心得。

垂直轴风力机(VAWT)是一种旋转轴与风向垂直的风力发电装置,与常见的水平轴风力机(HAWT)相比,其特点如下:
结构简单:主轴垂直于地面,齿轮箱和发电机可置于地面,维护方便。
全风向适应:无需偏航系统即可接收任意方向的风,适合复杂风向环境。
低噪声:叶片尖端速度较低,运行噪声小,适合分布式或城市应用。
启动性能差异:传统Darrieus式(升力型)启动转矩低,需辅助启动;Savonius式(阻力型)启动容易但效率较低。
效率与载荷:风能利用效率通常低于水平轴机型,且叶片存在周期性载荷波动,对结构疲劳要求较高。

代表机型:
Darrieus(Φ型或H型):高速升力型,效率高但启动难。
Savonius:阻力型S型叶片,启动好、效率低,常用于小功率或混合设计。

应用场景:分布式发电、城市路灯、农村离网供电及海上浮式平台等场景。

许多文献参考Castelli的试验进行试验验证,模型参数如下:

垂直轴风力机VAWT数值模拟试验验证垂直轴风力机VAWT数值模拟试验验证

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本研究也参考该实验:

垂直轴风力机VAWT数值模拟试验验证

相较于其他论文中的数值验证,为什么我们的三维数值模拟结果还是略高于实验值?文中的图22给出了答案,即不考虑支撑会使得功率系数Cp值偏高约20-25%。

垂直轴风力机VAWT数值模拟试验验证

 

结果表明,如果二维模拟(不考虑支杆和叶尖效应(三维效应))或三维模拟(不考虑支杆)结果过于接近试验值是有问题的!证明模拟结果明显偏低,对于翼型动态失速的流动分离存在过度预测。

 

参考文献

Castelli M R, Ardizzon G, Battisti L, et al. Modeling strategy and numerical validation for a Darrieus vertical axis micro-wind turbine[C]//ASME 2010 international mechanical engineering congress and exposition. Princeton, NJ, USA: Citeseer, 2010, 7: 409-418.

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