垂直轴风力机三维气动性能的数值模拟及分析

5kW垂直轴风力机气动性能研究的开题报告一、研究背景及意义随着全球能源问题的日益严重，可再生能源的利用成为人们关注的焦点。

而风力发电作为一种成熟的可再生能源技术，已经广泛应用于世界各地。

垂直轴风力机特别适合于城市和工业区域，由于该类型风力机具有结构简单、低噪声、可靠性高等优点，也得到了关注。

然而，垂直轴风力机在气动性能方面还存在着一些问题，需要进一步了解和研究。

本研究拟对一台5kW垂直轴风力机进行气动性能研究，旨在探究该型风力机的风叶结构、转速控制、地形环境等条件下的输出特性，进一步完善该型风力机的结构设计和性能优化，提高其发电效率，推动可再生能源技术的发展。

二、研究内容及方法1. 研究对象：5kW垂直轴风力机。

2. 研究目标：探究该型风力机在不同转速、不同环境条件下的气动性能，分析其输出特性。

3. 研究内容：（1）风叶结构设计与优化：根据垂直轴风力机特点，设计合理的风叶结构，优化其气动性能。

（2）转速控制技术研究：分析不同转速下的发电效率和稳定性，研究转速控制技术，提高其输出效率。

（3）环境条件对性能的影响：分析地形环境、气候等对风力机性能的影响。

4. 研究方法：（1）数值模拟：采用计算流体力学（CFD）等方法对风叶结构、气动性能进行数值模拟分析。

（2）试验研究：通过实验验证数值模拟结果，得到实际运行中的数据，分析不同转速、不同环境条件下的性能和输出特性。

三、研究进度计划1. 第一阶段（2个月）：（1）调研相关文献，了解目前垂直轴风力机气动性能研究的现状和发展趋势。

（2）制定研究方案和进度计划。

2. 第二阶段（3个月）：（1）对5kW垂直轴风力机的风叶结构进行建模和计算流体力学模拟分析，得到风叶结构和气动性能的初步设计。

（2）设计转速控制方案，并进行实验验证，分析不同转速下的性能和输出特性。

3. 第三阶段（3个月）：（1）在实验室内部署5kW垂直轴风力机原型，进行性能测试。

（2）分析不同地形环境和气候条件对5kW垂直轴风力机性能的影响，探究优化方案。

上海理工大学学报第32卷 第5期J.University of Shanghai for Science and TechnologyVol.32 No.5 2010文章编号:1007-6735(2010)05-0423-04收稿日期:2010-01-13作者简介:王 鑫(1985-),男,硕士研究生.王企鲲(联系人),男,副教授.E mail:wang qk@导流型垂直轴风力机气动特性的数值研究王 鑫, 童正明, 王企鲲(上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093)摘要:分析了传统垂直轴风力机效率低的原因,并数值研究了带有导叶的导流型垂直轴风力机的气动性能.研究结果表明,导叶不仅可以有效地降低因来流对动叶轮吸力面的直接冲击而造成的阻力扭矩,而且还有助于改善来流对动叶轮压力面的有效冲击,这些均使该风力机动叶轮的旋转扭矩得到显著增加.因此,导流型垂直轴风力机可以有效克服传统垂直轴风力机性能上的缺陷,有望提高其风能利用效率.关键词:垂直轴风力机;导流叶片;气动性能;数值研究中图分类号:TK 83 文献标志码:ANumerial investigation on aerodynamic performance of the vertical axis wind turbine with guiding impellerWANG Xin, TONG Zheng m ing, WANG Qi kun(School of En er gy an d Pow er Engin eering ,Un iversit y of S han ghai forScience an d Techn ology ,Shan ghai 200093,China )Abstract:Th e reason of why th e vertical axis wind turbine (V A WT )is always with low efficiency was analysed and moreover a new type of VA WT with guiding imp eller was pro posed.The com putational fluid d ynamics technique was introd uced to investigate its aerod ynamic perfo rmance.The results indicate that the guid ing impeller can no t only keep the roto r away from the direct imp act of coming flow on its suction s ection,resulting in d rag torque,bu t also impro ve the effective impact o f co ming flo w o n the pressure sec tion of the ro to r,bo th of which contrib ute to the enhancem ent of driving to rque.Sothis typ e of V A WT can sm oo th away the d efects of traditional V A W T and h opefully imp rove its efficiency.Ke y words:v er tica l a xis w in d tur bin e ;gu idin g im peller ;aer odyn a m ic per f or m an ce ;nu m er ica l in vestiga tion风力机是风力发电系统的动力源,它将风能转化为机械能,进而推动发电机发电.风力机按结构形式大体上分为水平轴和垂直轴两种.水平轴风力机发展较完善,具有较高的效率而作为当今主流的风力机类型得到了广泛的应用.由于水平轴风力机安装难度高、投资成本大且不便移动等缺点,它的使用目前往往主要限于并网发电中,而对于一些小型离网型发电系统,目前使用最为广泛的仍是垂直轴风力机.与水平轴风力机相比,垂直轴风机具有投资成本低、安装方便、便于移动及运行噪音小等特点,其缺点是效率较低.这些在阻力型垂直轴风力机上表现的尤为突出[1].上海理工大学学报2010年第32卷本文分析了阻力型垂直轴风力机低效率的原因,在此基础上提出了一种新型的导流型垂直轴风力机[2].通过CFD(计算流体力学)计算,数值研究了该种导流型垂直轴风力机的气动特性,并与传统的垂直轴风力机性能相比较,论证了本文所提出的导流型垂直轴风力机所具有的优越性.1 导流型垂直轴风力机垂直轴风力机(VAWT )的效率比水平轴风力机低的一个主要原因是当来流冲击垂直轴风轮时,在其迎风面的一侧受到的是有效的推力,而在另一侧受到的是风的阻力,上述两种力的合作用力是推动风轮旋转作功的真正有效动力.图1为一种典型的阻力型垂直轴风力机 风杯的受力分析[3].由于迎风面上一侧风阻的存在,大大降低了垂直轴叶轮的有效受风性能.因此,只要降低该侧上的风阻,即有望能提高垂直轴风力机的效率.为此本文提出一种导流式垂直轴风力机,如图2(a)所示.它主要由导叶与动叶构成,动叶安装在中心,是旋转作功部件,而导叶则围在动叶的外部,是静止部件,主要起导流作用.由于导叶的导流作用,能使来流完全导向左侧动叶的压力面,同时对右侧动叶而言,导叶能起到挡流作用,使来流不直接冲击动叶的吸力面,这样就有望通过简单的二元叶轮来实现对整个垂直轴风力机的作功效率的提高.图1 垂直轴风力机气动受力示意图Fig.1 Aerodynamic forces of the VAWT图2 垂直轴风轮示意图Fig.2 Planar sketch of V AWT图2(b)是与图2(a)相对应的传统无导叶型垂直轴风轮的外形示意图.本文通过CFD 数值计算,比较这两种风轮的气动特性,以检验导叶的作用效果.本文计算所用的风轮外形如图2所示,动叶外径180m m,导叶外径420mm.动叶采用单圆弧型,共5片,导叶采用直叶片,共12片.2 CFD 计算模型与计算方法风力机是一种典型的外部绕流场,而本文所需研究的又是风力机内部流动的细节,因此,整个CFD 模拟是典型的多尺度、大分离和复杂流场的计算.为了获得较高的计算精度,计算所需用的网格数是相当巨大的,这使得计算趋于困难.但考虑到本文所提出的风轮本质上是一个二维结构,作为初步研究,本文将其简化为二维流场处理.整个计算域是二维矩形结构,以导流型垂直轴风力机为中心,上延其导叶外径的4倍,下延导叶外径的12倍,左右方向延伸导叶外径的5倍.网格系统采用三角形非结构化网格,整个计算域的总网格数近70万,如图3所示.在壁面及流动复杂区域处,网格进行的局部加密以提高这些区域内解的分辨率,达到了网格法向无量纲尺寸y +=2.图3 计算网格示意图Fig.3 Co mp utatio nal grid本文的控制方程为二维不可压缩流雷诺时均Navier Sto kes 方程.雷诺应力采用 - 湍流模型进行估计. 为湍动能, 为湍流耗散率.计算采用基于有限体积法的Simple 系列方法.其中,动量方程、湍动能和湍耗散率均采用具有三阶精度的Quick 格式离散[4].边界条件为:a.进口:给定速度及其方向;b.出口:给定背压;c.固壁:无滑移条件.424第5期王 鑫,等:导流型垂直轴风力机气动特性的数值研究采用多重坐标系方法模拟旋转动叶与静止导叶之间的动静结合,以整体残差下降3个量阶、进出口流量偏差小于1%作为计算收敛条件.整个计算采用商用CFD 软件包Fluent 6.3完成.其中,网格生成采用Gambit 组件[5].3 导流型垂直轴风力机气动特性分析在相同来流与动叶转速的条件下,风作用于动叶轮时产生的扭矩越大,则风轮从风中所获得的机械能就越多,该风轮的性能自然越好.定义无量纲扭矩系数M *=M 12V 2 D 2t B (1)式中,M 为风力机动叶轮的总扭矩;V 为来流速度; 为空气密度;D t 为动叶外径;B 为垂直轴风轮的竖直高度.图4为对同一动叶轮加导叶与不加导叶两种情形下总扭矩系数的比较图.图4 两种风轮总扭矩系数比较Fig.4 Torq ue co mp arison o f the two V AWTs图4表明,在相同来流条件下,加导叶后的导流型风力机的总转矩要比无导叶的风力机的扭矩大了近9倍,这充分说明了导叶轮的重要作用.无导叶的传统风力机,由于其右侧动叶受到较大的负转矩,使得风力机的整体有效扭矩大幅下降.当增加导流叶片后,右侧动叶的吸力面被避免了来流的直接冲击,这使负转矩大幅下降;同时由于导叶导流作用,使来流更有力地冲击左侧动叶的压力面,上述两方面原因使整个动叶轮的扭矩得到大幅度的提高.鉴于动叶轮在旋转过程中,动叶片与来流的相对位置不同,其受到的扭矩自然也不同,而图4仅能显示动叶轮总的扭矩大小,而不能准确地揭示动叶片在不同周向位置时所受到的具体扭矩大小.为此,图5给出了有、无导叶情形下两种风轮的动叶片在不同周向位置时的扭矩系数比较.图5中!角为动叶外半径方向与y 轴正向的夹角,以逆时针方向为正,如图2所示.图5表明,没有导风轮作用下的传统垂直轴风力机中,来流对风轮的有效做功区为0!~120!区域(如图2中的角度定义方式).在此区域动叶轮获得了正的扭矩且达到最大.与之相对,在240!~360!区域内,来流对叶轮起到的是阻力,故其扭矩表现为负值且达到最小.这两个区域的扭矩一正一负几乎被抵消,从而导致整个动叶轮总扭矩的下降.与之显著不同的是,本文所提出的带有导叶的风轮上,有效扭矩(即正扭矩)出现了双峰现象,30!~170!区域与240!~300!区域上均出现正扭矩.其中,前者为主要有效做功区,且由于导叶的导流作用使该有效做功区的扭矩强度明显增加.导流叶片的阻流作用尽管不能将动叶的阻力扭矩(即负扭矩)完全消除,但在图5中至少表明,导流型垂直轴风力机的阻力扭矩要远小于对应的无导叶风轮.图5 两种风轮不同周向位置各风叶扭矩系数比较Fig.5 T orque coe fficient co mpariso n of the two VA WT sat different circumferaential angles图6(见下页)给出了有、无导叶的两种垂直轴风力机在各个不同位置上流速矢量分布图.图6(a)表明,在无导叶时,来流直接作用于动叶的吸力面,产生了阻力扭矩,降低其作功功率.而添加导叶后,来流对动叶片的有害冲击被明显削弱,一部分来流被导流到动叶轮的有效做功区,推动动叶做功;另一部分则被扰动成旋涡而使其机械能耗散殆尽,从而降低了对动叶吸力面的有害冲击,改善了整个风力机的工作性能.导流叶片的作用不仅能减少来流对动叶片吸力面的冲击阻力,而且对于风力机的主要做功区域也能起到明显积极作用,图6(b)所示,由于导流叶片的存在,改善了来流对动叶轮的有效冲击,使原本在动叶外部作无效绕流的流体被导流至风力机动叶轮425的有效作功流道.尽管流体流经导叶时会存在一定的能量损失,但总体来说仍然有助于改善来流对动叶轮的冲击,从而提高了风力机对风能的接收.图6 两种风轮内流速分布的比较Fig.6 Velocity compariso n o f the two V AWTs定义压差系数C ∀P =P p -P s 12V 2(2)式中,P p 为动叶压力面上压力;P s 为动叶吸力面上压力.在图6(c)中,随着动叶的相对位置改变,带有导叶的风力机仍能有效地接收更大量的来流冲击,这就说明其在转动状态下有着较好的动力连续性.图7(a)给出了动叶轮在该位置(图6(c)中靠底部)时,动叶片上压差系数沿叶片无量纲弦长#的分布.图7(a)表明,在导叶的作用下,改善了来流对动叶片的冲击角度与位置,使沿叶片弦长的压力面与吸力面对应点的压差分布更趋均匀化,且明显高于无导叶情形的风轮.由于压差力是推动动叶旋转的有效作用力,因此,这就从另一方面解释了导叶对风轮的积极作用.图6(d)表明,不带导叶的动叶轮内部由于边界层的分离而产生较大的旋涡,使来流的动能耗散,降低了其对动叶轮的推动作用.增加导叶后旋涡消失,使来流更好地作用于动叶压力面而产生有效的推动功.图7(b)给出了动叶轮在该位置(图6(d)中靠底部)时,动叶片上压差系数沿叶片无量纲弦长的分布.在无导叶的情形下,该动叶的压力面产生流动分离,其压力很低,而对应吸力面仍有流体绕流通过,则压力相对较高,这使整个动叶片上的压差为负,从而产生阻力扭矩,降低动叶轮旋转动力.当加上导叶以后,有效抑制了流动分离,改善了流动性能,使动叶片的压差得到显著提高,这有助于提高动叶轮的有效旋转扭矩.图7 两种风轮的风叶压差系数沿叶片弦长的分布Fig.7 Pressure d ifference o f the two V AWTsalong the blade chord4 结 论在对传统垂直轴风力机低效率原因分析的基础上,数值研究了带有导叶的导流型垂直轴风力机的气动性能.通过与不带导叶的传统垂直轴风力机的流动性能相比较,研究表明,导叶不仅可以有效地降低因来流对动叶轮吸力面的直接冲击而造成的阻力扭矩,而且还有助于改善来流对动叶轮压力面的有效冲击.这些均能显著提高动叶轮的整体动力矩,从而增加该种风力机的运行效率.这有望改变长期以来垂直轴风力机因其低效率而未被广泛采用的现状.本文的工作是初步性的,旨在论证导叶的作用.不难发现,如果完善对导动叶的叶片型线、角度等参数的优化匹配,必将能更好地显示出导流型垂直轴风力机的优势.这些优化工作将在以后陆续发表.(下转第432页)0<x41<B<x31定理4的证明与定理3相同,此处省略.定理5 假定条件(H1)-(H3)成立,且当x+y>0,t∀J时,有∃1f(t,x,y)<x+ y成立,则边值问题(1)不存在正解.证明 假设边值问题(1)存在正解x,则x1>0,且对任意t∀[0,1],x(t)#0,x=maxt∀J x(t)∃12%%10&(s)f(s,x(s),x&(s))d s<12%%10&(s)d s∃-11x1x&=maxt∀J x&(t)∃14%%10&(s)f(s,x(s),x&(s))d s<14%%10&(s)d s∃-11x1因此x1=x+x&<34%1&(s)d s∃-11x1=x1矛盾,故定理5成立.证毕.与定理5类似,可得定理6成立.定理6 假定条件(H1)-(H3)成立,且当x+y>0,t∀J时,有∃2f(t,x,y)>x+y成立,则边值问题(1)不存在正解.参考文献:[1] 李芳菲,贾梅,刘锡平,等.三阶三点边值问题三个正解的存在性[J].应用泛函分学报,2007,9(4):358-367.[2] 续晓欣,梁月亮,桑彦彬.三阶两点边值问题单调递减正解的存在惟一性[J].山东大学学报(理学版),2008,43(12):84-92.[3] EL SHAHED M.Positive solutions for nonlinear singular third order bounda ry value problem[J].Communica tions in Nonlinear Science and Numeric al Simulation,2009,14(2):424-429.[4] ZHANG Xuemei,G E Weigao.Postive solutions for ac lass of boundary value problems with integral boundary conditions[J].Computers and Mathematic s with Ap plic ations,2009,58(2):203-215.[5] FENG Meiqiang,JI Dehong,GE Weigao.Positive solutions for a cla ss of boundary value problem with integralboundary conditions in Banach space[J].Journal ofComputational and Applied Mathematics,2008,222(2):351-363.[6] 郭大钧,孙经先,刘兆理.非线性常微分方程泛函方法[M].第2版.济南:山东科学技术出版社,2006.(上接第426页)参考文献:[1] 田海娇,王铁龙,王颖.垂直轴风力发电机发展概述[J],应用能源技术,2006,11(11):22-27.[2] 蒋本华.导流式全风向垂直轴风力机:中国,ZL200620006299.2[P].2007-02-21.[3] 李庆宜.小型风力发电机[M].北京:机械工业出版社,1982.[4] 陶文铨.数值传热学[M].西安:西安交通大学出版社,2001.[5] WA N G Qikun,CH EN K ang min.N umer ical investigation of aero dy nam ic per formance influenced by cir cum fer entially pre swirling co ming flo w on the cr ossoverand de sw ir ling cascade o f a multistag e centr ifugalco mpr esso r[J].F rontier s of Ener gy and Po wer Eng i neering in China,2007,1(4):435-440.。

H型垂直轴风力机数值模拟与风洞试验作者：李飏陈永艳蔚蕾郭少真田瑞吴哲韩成荣来源：《绿色科技》2018年第12期摘要：以翼型为NACA0012的3叶片小型H型垂直轴风力机为研究对象，采用数值模拟和试验验证的研究方法，分析了不同安装角、不同旋转直径对于风力机气动性能的影响。

应用Fluent软件求解三维非定常不可压N-S方程和RNG K-e湍流模型，使用Simple算法，采用滑动网格技术，对H型风力机的二维非定常流场特性进行了数值模拟研究，得出了风力机功率曲线图。

分析可知当风力机处于低速状态转动时，主要影响因素是风轮直径。

随着转速的增加，安装角对于风力机气动性能的影响越来越大，随着安装角的增加，风力机的功率出现先增加后减小的趋势。

风洞试验表明，风轮直径在860 mm，转速约300 r/min，安装角4°，风力机的整体效率最高。

数值模拟与风洞试验结果的变化趋势基本相同。

关键词：H型风力机;安装角;旋转直径;数值模拟;风洞试验中图分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1674-9944（2018）12-0178-051 引言随着科学技术以及现代经济的快速发展，人类逐渐意识到生存需要消耗大量的能源作为支撑。

然而过度消耗能源必然会导致环境的污染，特别是消耗矿石能源，这些污染又限制了人类社会的发展[1]。

在社会发展的同时，一方面出现了越来越多的污染问题，另一方面人们也开始关注如何才能使生态环境持续发展并且寻找新的可再生能源。

由于风力资源拥有十分丰富的储量、能够再生、不会产生污染、成本较低且十分容易转化等特点，近年来受到了广泛的重视，技术也日益成熟，世界上多个国家都将风能的开发利用作为新能源战略中最为重要的组成部分之一[2]。

与水平轴风力机相比，垂直轴风力机具有传动简单，气动噪音小，受风性能好且无需迎风系统等优点。

由于垂直轴风力机的流场更加复杂，研究垂直轴风力机气动性能应重点研究垂直轴风力机二维非定常流场。

风力机三维旋转叶片非定常气动特性数值模拟研究胡国玉;孙文磊;曹莉【摘要】Based on computational fluid dynamics (CFD) method,this paper simulated the aerodynamic characteristics of NREL Phase VI wind turbine.Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) turbulence models are used in the simulations,and extensive comparisons with experimental data are performed.By the comparison for power,thrust and sectional force coefficients of NREL Phase Ⅵ wind turbine between CFD and NREL,the results at constant pitch and variable wind speed show that the CFD predictions match the experimental data consistently well at low wind speed.At high wind speed,there is a little difference due to the effects of flow separation.The simulation results reveal the unsteady aerodynamic characteristics of wind turbine blade with three-dimensional rotational effect.%文章基于CFD方法对NREL Phase VI风机的气动特性进行了数值模拟.根据NREL定桨变速的实验工况,通过求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS),基于k-ω SST湍流模型分析了不同风速工况下的风机叶片流场特性,得到了气流沿叶片展向的流动分布.通过与NREL NASA-Ames风洞实验数据的对比,在低风速时采用CFD仿真的计算结果与实验结果更为吻合;在失速区域,由于气流分离的影响,CFD仿真的计算结果与实验结果对比差异较明显.CFD仿真大体上能够较好地预测实验风机的性能,分析动态失速现象发生的原因,揭示叶片在三维旋转效应下的非定常气动特性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2016(034)006【总页数】5页(P867-871)【关键词】风力发电机;三维旋转效应;非定常气动特性;动态失速;分离流【作者】胡国玉;孙文磊;曹莉【作者单位】新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047;新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047;新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047【正文语种】中文【中图分类】TK83一般情况下，风力机的气动设计和载荷分析是采用稳态叶素-动量理论BEM[1]（Blade Element Momentum，BEM）进行计算的，但是由于基于二维翼型数据的BEM方法没有考虑到三维旋转效应，导致其计算值偏低。

H型垂直轴风力机气动性能的研究的开题报告一、研究背景随着能源危机和环境污染日益严重，风能被认为是未来能源的潜力之一。

垂直轴风力机由于具有结构简单、可靠性高、可适应性强等优点，特别适合用于城市、山区、海岛等非平原地区。

H型垂直轴风力机由于其设计结构的特殊性，被认为是垂直轴风力机中一种比较优良的型号，目前在国内外得到了广泛应用。

考虑到H型垂直轴风力机的气动性能对其电气转换效率有重要影响，因此研究其气动性能具有重要的理论和实际意义。

二、研究目的本文旨在对H型垂直轴风力机的气动性能进行研究，重点关注以下目标：1.探究H型垂直轴风力机的气动特性，包括风速、转速、角度、气动力等参数与风力机性能之间的关系；2.对H型垂直轴风力机进行模拟计算和实验研究，验证气动特性和性能模型的正确性；3.提出改进措施和优化设计方案，提高H型垂直轴风力机的性能。

三、研究内容1.对H型垂直轴风力机的气动原理进行分析，并建立H型垂直轴风力机的气动性能模型；2.利用计算流体力学（CFD）软件对H型垂直轴风力机的气动特性进行数值模拟，并对比实验数据验证模型的正确性；3.在风洞中进行H型垂直轴风力机的实验研究，获取风力机的气动性能指标，较全面地分析其性能特点；4.通过对实验数据和计算结果的分析，提出改进措施和优化设计方案，提高风力机的性能表现。

四、研究方法1.理论分析：通过对风力机的结构及工作原理进行分析，建立其气动性能模型，并推导出气流场和气动力学方程；2.数值模拟：基于CFD软件，对H型垂直轴风力机的气动性能进行数值计算，通过对比实验数据的验证，进一步优化模型；3.实验研究：通过在风洞中对H型垂直轴风力机的气动性能进行测试，验证模型，并提出改进措施和优化设计方案；4.数据处理：将实验数据和数值计算结果进行比对和分析，总结H 型垂直轴风力机的气动特性和性能表现，提出改进建议和优化方案。

五、预期成果1.建立了H型垂直轴风力机的气动性能模型，并对其气动特性进行了详细的分析和研究；2.完成了H型垂直轴风力机的数值模拟和实验研究工作，得出了风力机的气动特性和性能指标；3.提出了改进措施和优化设计方案，提高了H型垂直轴风力机的性能表现；4.撰写了H型垂直轴风力机气动性能的研究论文，发表在国内外权威的学术期刊上。

文章编号：1005－0329（2012）10－0033－08H型垂直轴风力机翼型的数值模拟及优化张健宇，李学敏，陈帆，田仁斌（华中科技大学，湖北武汉430074）摘要：H型垂直轴风力机利用机翼叶片的升力作用来驱动叶轮的转动，在叶片转动一周的过程中，机翼上的攻角随时发生变化，因此其气动原理与水平轴风力机有很大不同。

本文先总结了H型垂直轴风力机的升力理论，得出风力机功率的公式，初步分析出风力机运转的一定规律，分析了在不同尖速比条件下机翼上攻角的范围。

然后在NACA0012基本翼型的基础上，通过对翼型采用了两种优化方法，一种是将机翼尾缘高压力面切开的方案，；另一种是将翼型沿中线弯曲的方案。

通过数值模拟的方式，比较了两种方案机翼功率及启动性能的影响。

为寻找优化机翼形成的原因，本文还对最优化的切口方案与原型机翼NACA0012的升阻力系数进行了对比分析，结论表明，在升阻力系数相差不大的情况下，非对称机翼引起的尾迹变化，使得前机翼对下游机翼的干扰变小，是提高整机效率的关键因素，这种优化方式能够提高H型风力机整机效率30%以上。

关键词：风力机；空气动力学性能；功率；叶轮优化；数值模拟中图分类号：TK83文献标识码：A doi：10．3969/j．issn．1005－0329．2012．10．008 Numerical Simulation and Optimization of the Airfoil of H－Type Vertical Axis Wind TurbineZHANG Jian-yu，LI Xue-min，CHEN Fan，TIAN Ren-bin（Huazhong University of Science and Technology，Wuhan430074，China）Abstracts：Lift aerodynamic forces of aerofoil provide the positive driving torques to the rotor of H－type of vertical axis wind turbines（VAWT）．When the blades were in different angle of location，the angle of attack to the aerofoil changed time by time，thus VAWT has different aerodynamic conditions as those horizontal axis wind turbines do．In this paper，we give the theoretical analysis for the H－type of VAWT．Finally，the total power，torque and the thrust，can all be explained by the lift coefficient and drag coefficient．The attack angle was studied in different tip speed ratio conditions．Then，on the basis of the airfoil of NA-CA0012，use two methods to optimize the airfoil．The first one is cutting high pressure surface in a certain distance away from the trailing edge，the other is bending the airfoil along the center middle curving．By numerical simulation，compare the power of the impact of the optimized airfoil；Simulation results show that the way of chancing airfoil to improve the power and Low wind speed torque method is feasible，and the different ways of the optimization to improve different aspects of airfoil performance．Key words：vertical axis wind turbine；aerodynamic；power；impeller optimization；numerical simulation1前言垂直轴风车可以说是所有风力机的先驱［1］。