H-VAWT翼型的拋物線翼型理論及氣動特性研究

張照煌，胡德鵬，高 迪

（華北電力大學 能源動力與機械工程學院，北京 102206）

0 引言

由于受到各種因素的影響，我國陸地與近海可規劃的風資源日趨緊張，高空和遠海將成為未來風電的主戰場[1]。風力發電機是利用風資源的主要裝置，從外觀與來流的位置可以將風力發電機分為水平軸風力機（HAWT）與垂直軸風力機（VAWT）。相 比 于HAWT，VAWT具 有 適 應 各 種 風向、結構簡單、安裝與維修方便且噪聲低、不需設置偏航機構以及對湍流適應性好等優點[2]。許多人認為，VAWT比HAWT度電成本高，無法商業化，但文獻[3]的研究表明，在大型海上風電場中，與HAWT相比，VAWT的風能利用率更高，風機排布更緊密，從而提高發電效率，降低度電成本。

葉片作為風力機捕獲風能的執行元件，是由展向不同位置的翼型積迭而成，葉片的氣動與結構特性由翼型直接決定，因此對于翼型的選擇和設計顯得至關重要。風力機專用翼型的設計多是針對HAWT設計出一系列氣動特性優良的帶彎度翼型[4]。但VAWT與HAWT有著不同的運行特點，在工作狀態下，VAWT的攻角變化范圍大，且葉片迎風面為吸力面和壓力面交替變換，故針對HAWT設計的翼型不能直接用于VAWT中。由此，對于VAWT翼型的設計顯得至關重要。目前，VAWT翼型的設計方法主要有正向設計法與反向設計法兩種[5]。李錦義[6]基于Joukowshi變形法和Trefftz構圖法結合弦線迎合運動軌跡的思想，提出了一種翼型設計的新方法。曲建俊[7]根據復合形式方法優化了氣翼，并獲得了幾個相對較好的氣翼。M Baghdadi[8]基于CFD優化技術，采用基于伯恩斯坦多項式的優化方法對葉片翼型進行了優化。……