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垂直轴风力涡轮机的应用
图 3.1 – 表示动量守恒和钝体尾流的控制面（风洞的固体壁、固体物体和限制有效尾流的恒压表面，两个表面垂直于未受干扰的速度矢量，表面 1 位于物体的上游，表面 2 是尾流横截面最大的表面）[4] ............................................................................................................................. 28
带逆变器的垂直轴风力涡轮机
这个快速发展的世界中的主要问题之一是以最经济和环境友好的方式满足对能源的需求。这项研究重点是设计垂直轴风力涡轮机（VAWT），该轴向提供了一种相对廉价的可再生能源替代方案的解决方案。当有足够的风旋转风车时，旋转和固定线圈之间的磁耦合会导致风车产生能量。作品展示了风车的垂直旋转原型。风力涡轮机最多可以充电12V电池。这种设计的优点是它可以使用任何化石燃料而没有消耗化石燃料，并且可以有效地进行不适当的天气条件，并且可以自动监控电池电量，而无需任何有害的排放或缺点。本文介绍的工作是如何有效地使用自然资源来发电的一个例子。
优化垂直轴风力涡轮机以适应城市环境
垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 为城市环境中的可再生能源发电提供了一种有前途的解决方案，而传统的水平轴涡轮机通常不切实际。这篇综述论文研究了城市环境中 VAWT 设计优化的最新进展，重点是克服与低风条件和复杂的城市风模式相关的挑战。我们分析了创新的空气动力学设计，包括螺旋和 Savonius-Darrieus 混合模型，这些设计可提高湍流和多向风中的性能。本文还探讨了平衡耐用性、降噪和成本效益的材料和制造技术。此外，我们还回顾了在多变风条件下最大限度捕获能量的尖端控制系统和电力电子设备。我们讨论了 VAWT 与建筑结构和城市规划的整合，强调了广泛采用的潜力。我们的研究结果表明，VAWT 技术的最新创新已显著提高了它们在城市应用中的可行性，一些设计在低风条件下实现了高达 30% 的效率提升。然而，在优化启动性能、降低生产成本和减轻人口密集地区的环境影响方面仍然存在挑战。本综述强调了 VAWT 作为可持续城市能源系统关键组成部分的潜力，并确定了未来研究和开发的关键领域，包括先进材料、人工智能驱动的控制系统和全面的城市风能测绘工具。
海上垂直轴风电光伏电站
本文探讨了利用大型海上垂直轴风力涡轮机开发和实施风光互补发电厂的潜力。所提出的解决方案旨在通过将光伏模块直接集成到风力涡轮机结构中来提高能源产量和可靠性。本文考虑了各个风力涡轮机上部环形表面上的光伏模块示意图。本文描述了混合动力发电厂的运行情况。给出了估算发电厂功率特性的方程。案例研究分析了直径为 200 米的混合动力海上发电厂在三个气候差异显著的地点的潜在能源产量。计算结果表明，根据日照条件，混合动力发电厂风力部分的潜在年能源产量可达 1.5e4 MWh，安装在风力涡轮机顶环上的光伏部分的潜在能源产量可达 1528 MWh。本文强调了地理特征分析对于混合系统设计优化的重要性。即使在多云气候的北部地区，该电厂光伏部分的年发电量相对份额也不会低于 4%。结果表明，混合电厂的光伏组件可提供足够的能量来供应叶片旋转驱动器和其他辅助消费者，从而降低昂贵的储能设备的容量要求。
垂直轴风力涡轮机应用的脉冲环流控制俯仰翼型的气动响应
垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 在城市、偏远地区和海上应用的开发中重新引起了人们的兴趣。过去的研究表明，在能量捕获效率方面，VAWT 无法与水平轴风力涡轮机 (HAWT) 竞争。在低叶尖速比 () 下，VAWT 性能受到动态失速 (DS) 效应的困扰，其中每个叶片每转一圈都会超过静态失速多次。此外，对于 <2，叶片在超过 70% 的旋转期间在失速之外运行。但是，VAWT 具有许多优势，例如全向操作、发电机靠近地面、更低的噪音排放以及使用寿命更长的非悬臂叶片。因此，减轻动态失速并改善 VAWT 叶片的空气动力学性能以提高功率效率是近年来的热门研究课题，也是本研究的方向。西弗吉尼亚大学过去的研究重点是增加循环控制 (CC) 技术以改善 VAWT 空气动力学并扩大操作范围。通过增强 NACA0018 翼型以包含 CC 功能，生成了一种新颖的叶片设计。收集了一系列稳定喷射动量系数 (0.01≤C ≤0.10) 的静态风洞数据，用于分析涡流模型性能预测。开发了控制策略以优化整个旋转过程中的 CC 喷射条件，从而提高了 2≤≤5 的功率输出。但是，产生稳定 CC 喷射所需的泵送功率使增强涡轮机的净功率增益降低了约 15%。这项工作的目的是研究脉冲 CC 喷射驱动，以匹配稳定喷射性能和降低的质量流量要求。迄今为止，尚未完成任何实验研究来分析俯仰翼型上的脉冲 CC 性能。本文描述的研究详细介绍了关于稳定和脉冲喷射 CC 对俯仰 VAWT 叶片空气动力学影响的首次研究。实施了数值和实验研究，改变了 Re 、k 和 ± 以匹配典型的 VAWT 操作环境。根据先前流动控制翼型研究的有效范围，分析了一系列降低的喷射频率 (0.25≤St≤4) 和不同的 C 。由于动态失速效应，发现翼型俯仰将基线升阻比 (L/D) 提高高达 50%。当 C =0.05 时，动态失速对稳定 CC 翼型性能的影响更大，在正攻角时 L / D 增加 115%。脉冲驱动可匹配或改善稳定喷气升力性能，同时将所需质量流量减少高达 35%。从数值流可视化来看，脉冲驱动可降低 DS 期间尾流涡度的大小和强度，从而导致相对于基线和稳定驱动情况的轮廓阻力较低。编制了一个俯仰翼型测试数据库，包括气动系数 (C l 、C d) 的过冲和滞后，以改进分析模型输入，从而更新 CCVAWT 性能预测，其中将直接反映上述 L / D 改进。相对于年功率输出为 1 MW 的传统 VAWT，WVU 之前的工作证明，增加稳定喷气 CC 可以将总输出提高到 1.25 MW。但是，产生连续喷气的泵送成本将 CCVAWT 的年度净收益降低到 1.15 MW。目前的研究表明，由于质量流量要求降低，脉冲 CC 喷射可以回收 4% 的泵送需求，从而将 CCVAWT 的年净发电量提高到 1.19 MW，相对于传统涡轮机提高了 19%。
具有各种叶片设计的垂直轴风力涡轮机模型的气动性能实验与数值研究
本论文（开放获取）由乔治亚南方大学杰克·N·阿维里特研究生院 Digital Commons@Georgia Southern 免费提供给您，供您开放获取。该论文已被 Digital Commons@Georgia Southern 的授权管理员接受并纳入电子论文和学位论文。如需更多信息，请联系 digitalcommons@georgiasouthern.edu 。
重新定义EV电池生命的终结：内部阻力相关限制
放置在1个象限（正水平轴和垂直轴值）中的点表示EOL电池未显示任何范围或功率限制的情况。这些情况对应于模拟以40％SOH的值停止的案例，因为安全问题可能是强迫EOL事件的原因。所有无法提供所需范围的EOL电池都位于3个象限（正垂直和负轴值）中。如果周期容量高于EV的可用容量，则意味着将达到电池的工作限制。因此，在第4个象限（正水平和负垂直轴值）中不存在任何点。最后，在2个象限（负水平和垂直轴值）中的点是
垂直轴风力涡轮机应用中采用脉冲环量控制的俯仰翼型的气动响应
垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 在城市、偏远地区和海上应用的开发中重新引起了人们的兴趣。过去的研究表明，在能量捕获效率方面，VAWT 无法与水平轴风力涡轮机 (HAWT) 竞争。在低叶尖速比 () 下，VAWT 性能受到动态失速 (DS) 效应的困扰，其中每个叶片每转一圈都会超过静态失速多次。此外，对于 <2，叶片在超过 70% 的旋转期间在失速之外运行。但是，VAWT 具有许多优势，例如全向操作、发电机靠近地面、更低的噪音排放以及使用寿命更长的非悬臂叶片。因此，减轻动态失速并改善 VAWT 叶片的空气动力学性能以提高功率效率是近年来的热门研究课题，也是本研究的方向。西弗吉尼亚大学过去的研究重点是增加循环控制 (CC) 技术，以改善 VAWT 空气动力学性能并扩大操作范围。通过增强 NACA0018 翼型以包含 CC 功能，生成了一种新颖的叶片设计。收集了一系列稳定喷射动量系数 (0.01≤C ≤0.10) 的静态风洞数据，用于分析涡流模型性能预测。开发了控制策略以优化整个旋转过程中的 CC 喷射条件，从而提高了 2≤≤5 的功率输出。但是，产生稳定 CC 喷射所需的泵送功率使增强涡轮机的净功率增益降低了约 15%。这项工作的目的是研究脉冲 CC 喷射驱动，以匹配稳定喷射性能和降低的质量流量要求。迄今为止，尚未完成任何实验研究来分析俯仰翼型上的脉冲 CC 性能。本文描述的研究详细介绍了关于稳定和脉冲喷射 CC 对俯仰 VAWT 叶片空气动力学影响的首次研究。实施了数值和实验研究，改变了 Re 、k 和 ± 以匹配典型的 VAWT 操作环境。根据先前流动控制翼型研究的有效范围，分析了一系列降低的喷射频率 (0.25≤St≤4) 和不同的 C 。由于动态失速效应，发现翼型俯仰将基线升阻比 (L/D) 提高高达 50%。当 C =0.05 时，动态失速对稳定 CC 翼型性能的影响更大，在正攻角时 L / D 增加 115%。脉冲驱动可匹配或改善稳定喷气升力性能，同时将所需质量流量减少高达 35%。从数值流可视化来看，脉冲驱动可降低 DS 期间尾流涡度的大小和强度，从而导致相对于基线和稳定驱动情况的轮廓阻力较低。编制了一个俯仰翼型测试数据库，包括气动系数 (C l 、C d) 的过冲和滞后，以改进分析模型输入，从而更新 CCVAWT 性能预测，其中将直接反映上述 L / D 改进。相对于年功率输出为 1 MW 的传统 VAWT，WVU 之前的工作证明，增加稳定喷气 CC 可以将总输出提高到 1.25 MW。但是，产生连续喷气的泵送成本将 CCVAWT 的年度净收益降低到 1.15 MW。目前的研究表明，由于质量流量要求降低，脉冲 CC 喷射可以回收 4% 的泵送需求，从而将 CCVAWT 的年净发电量提高到 1.19 MW，相对于传统涡轮机提高了 19%。