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水平軸發(fā)電機和垂直軸發(fā)電機的區(qū)別

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2018-08-08

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水平軸發(fā)電機和垂直軸發(fā)電機設(shè)計方法的區(qū)別：水平軸風力發(fā)電機的葉片設(shè)計目前普遍采用的是動量—葉素理論，主要的方法有Glauert法、Wilson法等。但是由于葉素理論忽略了各葉素之間的流動干擾，同時在應(yīng)用葉素理論設(shè)計葉片時都忽略了翼型的阻力，這種簡化處理不可避免的造成了結(jié)果的不準確性，文獻[1]指出，這種簡化對葉片外形設(shè)計的影響較小，但是對風輪的風能利用率影響較大。同時，風輪各葉片之間的干擾也十分強烈，整個流動非常復(fù)雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦法得出準確結(jié)果的。垂直軸風力發(fā)電機的葉片設(shè)計以前也是按照水平軸的方法，依靠葉素理論來設(shè)計。由于垂直軸風輪的流動比水平軸更加復(fù)雜，是典型的大分離非定常流動，不適合用葉素理論進行分析、設(shè)計，這也是垂直軸風力發(fā)電機長期得不到發(fā)展的一個重要原因。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算流體力學（Computational Fluid Dynamics）得到了長足的進步，從最初的小擾動速勢方程，到歐拉方程，以及更加復(fù)雜的N-S方程，目前的CFD技術(shù)完全能模擬在復(fù)雜外形下的復(fù)雜流動。對于垂直軸風輪的葉片，已經(jīng)可以用CFD方法來設(shè)計，這無疑要比葉素理論精確的多。而水平軸葉片的設(shè)計還沒有辦法應(yīng)用CFD方法來設(shè)計，這主要是由這兩種風輪結(jié)構(gòu)決定的。水平軸的葉片由于每個截面的扭角，弦長以及尖速比都不同，如果要用CFD模擬的話，就必須采用三維模型，這樣計算網(wǎng)格至少要100萬個，整個計算量就會大大增加。直觀的說，模擬一個工況，在采用CPU為P4 3.0G的個人電腦上，計算時間大概需要7—10天，如果設(shè)計一個風輪可能需要幾年到十幾年時間，這樣的代價在工業(yè)設(shè)計中是很難接受的。而垂直軸就完全不一樣（僅限于Darrieus式H型風輪），葉片的每個截面都一樣，這樣就能簡化成二維情況，網(wǎng)格數(shù)大大下降，計算量也隨之下降，一般模擬一個工況只需要4個小時。從設(shè)計方法上講，垂直軸風力發(fā)電機要比水平軸的先進的多。水平軸發(fā)電機和垂直軸發(fā)電機風能利用率的區(qū)別：目前，大型水平軸風力發(fā)電機的風能利用率絕大部分是由葉片設(shè)計方計算所得，一般在40%以上。前面已經(jīng)提到了，由于設(shè)計方法本身的缺陷，這樣計算所得的風能利用率的準確性很值得懷疑。當然，風電廠的風力發(fā)電機都會根據(jù)測得的風速和輸出功率繪制風功率曲線，但是此時的風速是風輪后部測風儀測得的風速，要小于來流風速，這樣測下來的風功率曲線偏高，必須進行修正。根據(jù)文獻的修正方法修正后，水: 回答者：網(wǎng)友

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