基于熵产理论的垂直轴风力机顺风向安装距离的研究

摘要

针对顺风向垂直轴风力机（Vertical axis wind turbine, VAWT）安装距离问题，采用熵产理论，对VAWT进行模拟，分析了风轮表面的压力、风速和涡场分布。在尾迹区域施加控制面和控制线，研究了熵产分布情况，进一步计算出能量损失系数。结果表明：迎风面的上下缘速度大小不同，造成叶片上下缘出现正负压力；背风面因捕风效果使叶片上缘负压明显，涡量主要分布在叶片前后缘处；不同相位角下，VAWT叶片尾迹区相同距离下的熵产强度分布相似；在相同相位角下，随着尾迹区距离的增加，熵产强度逐渐降低；尾迹区面能量损失系数与线能量损失系数随距离变化基本一致，线能量损失系数结果值较高。在5倍风轮直径尾迹之后，面上能量系数降低到0.01以下。能量损失系数揭示出风能恢复情况，因此在VAWT尾部5倍旋转直径距离处可以获得有效风能。研究可为优化VAWT顺风向安装距离提供理论依据。

关键词

垂直轴风力机 / 熵产理论 / 能量损失系数 / 安装距离