随着近年来社会的快速发展和公众环保意识的增强,加之传统能源日渐枯竭,如风能这样的环保可再生能源逐渐受到社会的重视。风力机作为利用风能的重要设备其重要性不言而喻,由于水平轴风力机叶片制作安装困难且易损坏,业内一直没有停止对垂直轴风力机的研究。论文以提高垂直轴风力机的启动性能和对风能的吸收转化效率为出发点,提出一种具有多角变桨功能的风力机构型。从风力机的启动特性和功率特性两方面展开研究,并对叶片结构进行优化。相较传统垂直轴风力机,论文提出的多角变桨型垂直轴风力机的气动性能更好,具有较高的推广应用价值。论文主要研究内容如下。1.建立了风力机的理论功率模型。基于空气动力学理论分析风力机叶片的运动和受力情况,建立风力机的功率模型并计算功率系数和叶尖速比的关系。将模型计算结果与传统垂直轴风力机的风能转化率作对比,结果表明,多角变桨型垂直轴风力机具有良好的风能利用效率。2.多角变桨型垂直轴风力机静态启动特性的研究。基于二维静态流体仿真方法,对风力机静止状态下的静力矩输出进行仿真,对比传统垂直轴风力机的静态启动性能,结果表明多角变桨型垂直轴风力机具有良好的启动特性。通过改变风速、方位角和安装角对风力机进行仿真,研究不同参数对风力机启动性能的影响。3.多角变桨型垂直轴风力机动态功率特性的研究。基于动网格方法对风力机进行动态仿真,得到风力机功率系数和叶尖速比的关系后与理论模型对比,互相印证计算的准确性。通过改变风力机叶片的安装角和弦长研究各参数对风力机功率的影响,结果表明,正负安装角均会降低风力机的输出功率,而在一定范围内增加弦长可以有效提高风力机的输出功率系数。4.多角变桨型垂直轴风力机叶片的流固耦合分析。基于风力机的三维静态仿真,通过使用单向流固耦合的分析方法,以恶劣台风天气为条件对风力机叶片进行结构分析。根据分析结果对风力机叶片结构进行优化,使其满足使用要求。