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具有导流板垂直轴风力机气动特性研究的开题报告
一、选题背景及意义
风能是一种广泛资源，其利用对于改善能源结构、减缓气候变化、保护环境等具有重大意义。传统的水平轴风力机已经得到了广泛应用，但其运转效率仍然较低，特别是在低风速和复杂地形等情况下效率明显下降。因此，研制新型风力机成为提高风能利用效率和降低成本的必由之路。
在风力机研发过程中，导流板垂直轴风力机是目前相对较为热门的开发方向之一。该类型风力机具有安装简便、抗风性能强、噪音小、维护成本低等优点。但是，由于导流板与主轴平行时的气动特性尚未受到深入研究，因此该类型风力机存在一定的技术缺陷和不稳定因素，如何优化设计与提升性能成为本课题的核心问题。
通过对导流板垂直轴风力机的气动特性进行研究，可以深入掌握导流板对风力机空气动力学性能的影响规律，优化导流板的设计，提高风能转化效率、减少噪音并降低能源成本，具有较大的理论和应用价值。
二、研究内容和方法
1.研究内容
（1）导流板对风力机气动性能的影响规律研究；
（2）导流板高度、宽度、角度、厚度等重要参数对风力机性能的影响分析；
（3）优化导流板的设计，提高风能转化效率和降低噪音；
（4）对多个参数进行敏感性分析，确定最优参数组合；
（5）制备并实验验证导流板垂直轴风力机的气动性能。
2.研究方法
（1）建立导流板垂直轴风力机数值模型，采用CFD计算气动特性，分析导流板尺寸、角度、位置等参数对机组性能的影响。
（2）在实验室制备具有导流板的风力机硬件样机，进行性能测试，分析多参数对机组性能的影响规律。
（3）基于数值模型和实验数据，采用数学统计分析方法，确定影响机组性能的关键参数，优化导流板设计，提高机组性能。
三、研究预期结果
通过分析导流板垂直轴风力机的气动特性，本课题将深入掌握导流板对风力机性能的影响规律，为优化导流板的设计、提高风能转化效率和降低噪音提供有效的参考和依据。预计实验和数值模拟相结合的研究方法将得到验证并显示出可行性，在同时考虑质量，效率和成本方面的最优参数组合将得到确定。
四、进度安排
2022年1月-2022年3月：建立数值模型，模拟导流板对风力机性能的影响，提出优化方案。
2022年4月-2022年6月：制备样机进行实验，测量导流板对机组输出功率、噪音、振动等的影响规律，提取实验数据进行分析。
2022年7月-2022年9月：设计和制造新型垂直轴风力机，纳入所设计的导流板方案。
2022年10月-2023年4月：对不同设计的导流板方案进行实验验证，确定最优方案。
2023年5月-2023年8月：撰写论文，准备答辩。
五、参考文献
1.Li,S.,Jiao,L.,Xu,M.,Wei,X.,andLi,Y.,2021.InvestigationofDarrieuswindturbinewithpassiveflowcontroltechniquesbynumericalsimulation.EnergyConversionandManagement,237,114038.
2.Dasgupta,S.,andDas,S.K.,2021.Acomparativestudyonaerodynamicperformanceofathree-dimensionalstraightbladeDarrieuswindturbinewithandwithoutsplitterplates.JournalofRenewableandSustainableEnergy,13(5),053804.
3.Zeng,J.,Jin,D.,Ma,Z.,andZhang,Y.,2018.Astudyoftheeffectofanupstreamflowspoilerontheperformanceandwakecharacteristicsofathree-bladedVAWT.JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics,181,85-98.
4.Yang,Y.,Yao,J.,andCheng,G.,2020.Numericalstudyoftheeffectofbladecurvatureinastraight-bladedverticalaxiswindturbine.EnergyConversionandManagement,216,112938.
5.Hu,G.,Zhang,Y.,Ma,H.,andZhu,W.,2020.Experimentonnoisereductionperformanceofverticalaxiswindturbinewithdivergentduct.RenewableEnergy,145,3642-3654.