一种新型垂直轴风力机的气动性能分析

宋 磊，马 超，张明柱

（1.河南科技大学机电工程学院，河南 洛阳 471003；2.机械装备先进制造河南省协同创新中心，河南 洛阳 471003）

1 引言

随着全球化石能源的持续消耗，环境污染等问题日益突出。风能等清洁可再生能源已成为世界各国研究的一个重要方向。目前风能利用的主要形式是风力发电，风力发电机的两种主要类型是水平轴风力发电机（HAWTs）和垂直轴风力发电机（VAWTs）。水平轴风力机在大型风电场中得到大规模的发展和应用，已趋于饱和状态。垂直轴风力机逐渐受到人们的关注，而传统Savonius型垂直轴风力机的风能利用率低于其他类型风力机，但Savonius风力机具有结构简单，易于启动，无需调节风向，造价低廉且有利于低风速区的风能捕获等优点。

众多研究者在Savonius型风力机实验研究中取得了很多创新性进展。Mariano等人提出了增强Savonius风力机气动性能的两种方法：一方面是对风力机结构的创新改进，另一方面是建立一种对风向控制的系统[1]。而针对风力机结构的改进有三种方式，第一种针对叶片结构进行创新，文献[2]基于Savonius风力结构基础上，模仿莲花设计了一种微型风力机。第二种是增加辅助结构，如一些学者研究不同形状尺寸的端板和外部导流板等因素对风力机性能的影响[3]。第三种是通过多个风力机搭配组合提高风能转换效率，文献[4]研究Savonius型风力机在集群的性能，发现集群中各风力机的相互作用能够提升单体风力机的风能转换效率。对于风向控制方面，文献[5]提到了控制风向的三种方法，旨在提高S风力机性能。……