垂直轴风轮机叶片气动特性模拟与分析

杨 溢 谭宗柒 叶惠军 周玉琼

（1.三峡大学 机械与材料学院，湖北 宜昌 443002；2.重庆市电力公司 万州供电局，重庆 404000）

目前，世界上应用较为普遍的主要是水平轴风力机.然而，随着对垂直轴风力机研究的深入，其优势也逐渐突显出来.相对于水平轴风力机来说，垂直轴风力机具有低速性能好、噪声低、对环境破环小、结构简单、成本低廉等优点［1］.因此，对其发电功率的精确计算、风能利用评价以及风力机结构的研究，可以为其它复杂垂直轴风力机的研究、设计奠定良好的基础.随着计算流体力学的发展，CFD技术在工程上得到了大规模的应用，采用CFD软件已能快速准确模拟H型垂直轴风力机外部流场的非定常流动，同时能获得各叶片力、扭矩等［2－3］.采用CFD技术对小型 H型垂直轴风力机进行研究已经成为一种非常准确有效的手段.

1 建立CFD模型

1.1 模型简化

垂直轴风机实际结构比较复杂，在进行CFD计算时需要对其进行简化.风轮中连杆、转轴等结构对风轮周围的流场影响不大，在CFD建模时可以简化.同时，考虑到三维模型在计算时占用大量内存，花费时间较长；二维模型在计算过程中忽略了两端的损失，计算结果会比三维的略大，但仍然能够反映风能的气动规律.因此，建立二维的计算模型.简化后的模型如图1所示，图中α为叶片安装攻角，R为叶片安装半径，l为叶片弦长，其基本参数见表1.

图1 垂直轴风力机简化模型

表1 垂直轴风力机叶轮基本参数

1.2 建立模型

多重坐标系……