垂直轴风力发电机的流体力场

寂静回声

问





答

垂直轴风力机的转子旋转会在周围形成显著的涡旋区，转子对来流的捕捉和导向作用会导致流线发生偏移和分离，形成局部扰动。叶片旋转时会在其后方产生尾迹涡，而叶尖涡则因叶片高速旋转带动空气流动形成，这些涡旋结构会显著影响流场的能量分布和风力机的稳定性。
旋转叶片会引发离心力和科里奥利力，导致流场呈现三维特性。靠近叶片表面的空气被带动形成高速旋转区域，而远离叶片的区域则保持相对稳定流动，这种速度差异进一步加剧了流场的非均匀性。
流场不均匀性会导致风力机载荷随风速和风向变化呈现非线性增长，尤其在高风速下波动剧烈。

尖速比是叶片尖端线速度与来流风速的比值，直接影响流场特性。不同尖速比下流场的速度分布、湍流强度差异显著。
低尖速比（TSR < 3.5）：叶片易进入失速状态，升力下降、阻力上升，导致流场中产生负向力矩。
高尖速比（TSR > 4）：叶片在向风侧和背风侧均能产生有效力矩，流场分布更均匀，风能利用效率提升。


叶片尖端因压力差形成的叶尖涡会将热量迅速带离叶片表面，这在融冰策略中加速局部冷却，影响融冰均匀性。同时，叶尖涡的能耗会降低风能转化效率。
尾迹涡位于叶片后方，形成低速、高温区域，阻碍气流的进一步能量传递（文献[7]）。文献[3]指出，尾迹涡的强度与叶片形状和转速密切相关，需通过优化设计减弱其不利影响。

阻力型垂直轴风力机（如S型风车）具有较高的启动力矩，但尖速比低，效率受限；而升力型（如达里厄风轮）启动力矩低，需依赖外部动力启动。

流体力学方面的知识匮乏

还玩个毛，CFD界面都不可能看懂的。