實度對垂直軸風輪功率系數影響的數值模擬分析

Abstract

垂直軸風輪是風能轉換的主要設備之一,CFD方法是對其復雜繞流場進行數值模擬的有效手段。實度是影響垂直軸風輪性能的主要參數之一,由葉片數、翼型弦長及轉子半徑三個參數共同決定。為研究不同參數組合工況下垂直軸風輪的氣動力學行為,采用SST-DDES方法對垂直軸風輪二維模型進行了數值模擬,并與已有研究結果對比分析,評估了SST-DDES預測垂直軸風輪氣動性能的準確性。其次,對模擬結果有關鍵影響的計算域、網格精度以及時間步長進行了無關性研究,減少計算資源消耗并增進數值模擬的可靠性。最后,對多組不同實度的工況進行數值模擬,得到每種工況下功率系數與尖速比的關系曲線。結果表明,風輪實度在0.2~0.5之間時其功率系數峰值最大;兩葉片風輪比多葉片風輪具有更高的功率系數峰值和更寬的有效尖速比范圍;增大風輪的半徑可顯著提高風輪的功率峰值系數;風輪實度及半徑一定時,不同葉片數和弦長組合具有相似的功率系數曲線。