[發明專利]一種垂直軸風輪平均啟動力矩的測量方法

有效

• 申請號: 201610043907.5
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105545613B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 宋磊;楊宗霄;李根生;馬超;陳偉;李玉斌
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 羅民健

1.一種垂直軸風輪平均啟動力矩的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、利用垂直軸風輪性能檢測通用試驗臺裝置，對垂直軸風輪在不同風速工況和不同負載工況下的運轉性能進行風洞試驗，通過試驗風洞產生并逐漸增大風速，當垂直軸風輪能夠發生轉動并保持均勻轉動時，利用試驗臺檢測儀器測量并記錄此時的風速和垂直軸風輪的轉速數據；

步驟二、根據步驟一得到的風速和垂直軸風輪的轉速數據，利用計算流體動力學對垂直軸風輪進行瞬態仿真分析，得到垂直軸風輪在一個360°運轉周期內的動態力矩變化曲線，并在該曲線中標定垂直軸風輪的力矩曲線—迎風角度值關系；

步驟三、在垂直軸風輪的一個360°運轉周期內的動態力矩變化曲線中，計算得到平均力矩值，平均力矩值與動態力矩變化曲線的交叉位置對應為迎風角度值，將該迎風角度位置作為垂直軸風輪平均啟動力矩發生的位置；

步驟四、利用垂直軸風輪性能檢測通用試驗臺裝置，將風速設定為步驟一的風速值，將垂直軸風輪的迎風位置角設置為步驟三中得到的迎風角度值，按照力矩平衡原理，以拉力計測量垂直軸風輪的平均阻力矩，此即為垂直軸風輪在該風速工況和負載工況下的平均啟動力矩。

2.根據權利要求1所述的一種垂直軸風輪平均啟動力矩的測量方法，其特征在于：所述步驟二中，利用垂直軸風輪的計算流體動力學進行瞬態仿真分析的方法為：在Fluent軟件中設定界面設置邊界條件，根據力矩系數C_M計算公式，在Fluent軟件中作出垂直軸風輪在一個360°運轉周期內的動態力矩變化曲線，其中，M為力矩，ρ為氣體密度，V為氣體速度，A為掃風面積，L為特征長度。

3.根據權利要求1所述的一種垂直軸風輪平均啟動力矩的測量方法，其特征在于：步驟三的具體步驟為：利用計算流體動力學中的測量軟件生成的360°運轉周期內動態力矩的變化表格，計算得到平均力矩值及其對應的迎風角度值，平均力矩值與動態力矩變化曲線的交叉位置對應為迎風角度值，由于垂直軸風輪具有多個葉片，各葉片在360°運轉周期內存在形狀重復情況，因此，平均力矩值的發生位置有多個，任選一平均力矩值發生位置，將該位置作為垂直風輪平均啟動力矩的發生位置。

4.根據權利要求1所述的一種垂直軸風輪平均啟動力矩的測量方法，其特征在于：所述的步驟四中，以拉力計測量垂直軸風輪的平衡阻力矩的具體操作方法為：將垂直軸風輪處于步驟三中任一迎風角度值的等值點位置的轉子角，用手持拉力計水平拉住垂直軸風輪的葉片的外緣，記錄拉力計的讀數，垂直軸風輪的葉片半徑與各轉子角位置的拉力計讀數的乘積，即為垂直軸風輪的平均啟動力矩。