【研究前沿】CFD分析空扩压器几何形状和参数对风力涡轮机性能影响
文章研究采用计算流体动力学（CFD）分析方法，对空扩压器（diffuser）的三维几何参数和形状进行了详细的参数研究，旨在增强水平轴风力涡轮机（HAWT）转子平面的质量流量。研究主要分析了开口角度、进口收缩角度、法兰高度比、法兰角度以及压器和法兰的形状对速度、压器入口和通过压器部分的压力的影响。研究发现，在进口收缩角为24°、开口角为8°以及压器法兰高度与喉部直径比为0.3时，系统实现了82.9%的流量增加。此外，带有进口收缩侧下阶梯法兰的压器展示了9.12米/秒（最大）和8.2米/秒（平均）的最佳速度，分别增加了102.66%和82.2%。本研究的速度增加百分比为92.61%，与之前最高增加率53.8%相比，速度增加了38.81%。优化速度出现在压器进口部分0.175米处，表明涡轮机的最佳安装位置。本研究的CFD结果与文献中的实验数据进行了验证，显示出良好的一致性。建议未来进行集成压器-涡轮机系统仿真和实验工作，并进行现场测试。
1. 研究背景
随着全球变暖和化石燃料的快速消耗，可再生能源的开发和应用成为许多国家的关键问题。风力作为一种环保的可再生能源，其开发和利用受到了广泛关注。空扩压器增风涡轮机（DAWTs）因其能够在低风速下运行并减少尖端损失和噪音而备受关注。研究表明，与裸 露的风力涡轮机相比，DAWTs显示出显著的功率增加。
2. 材料和方法
本研究使用SOLIDWORKS软件构建了不同形状和尺寸的压器模型，并在ANSYS FLUENT中进行了模拟。研究考虑了多种设计参数，包括压器的进口直径、长度、法兰高度和形状、法兰角度以及不同的压器形状。
3. 研究结果
- 开口角度研究：发现8°的开口角度能够实现速度比的最大化。
- 法兰高度比研究：0.3的法兰高度与喉部直径比能够产生最大的速度，并在成本和尺寸控制方面表现最佳。
- 进口收缩角度研究：20°的进口收缩角度能够产生最大的速度。
- 压器形状的参数研究：侧下阶梯压器在压器内部产生最大的速度。
