计算结果及分析探究

监测叶片各工况中的转矩变化，直至收敛。图3-5为10°入流角下流场风速分布图。其中，1号叶片的静止状态下牵引力最大，为48.30N；3号叶片牵引力最小，为4.24N；2号和4号叶片牵引力分别为7.57N、7.56N。迎风叶片背后存在较强的湍流区，处于湍流区的叶片不能发挥最佳气动特性。

图3-5　流场风速分布图

1～4—叶片序号

图3-6（a）为叶片周边流线分布正视图，由图可见上游迎风叶片叶尖处有漩涡生成并向叶片中部转移。漩涡在中部膨胀，与下游叶片交织在一起。尾流结构改变了下游叶片迎风角和迎风速度等特性。该特性变化可由图3-6（b）叶片周围流线分布俯视图看出，图中叶片梢部和主轴的存在都影响气流流线的变化。

图3-6　叶片周边流线分布

图3-7　叶片启动转矩与入流角关系(www.xing528.com)

图3-7为叶片启动转矩与入流角关系，由图可见，叶片启动转矩随入流角即叶片初始方位角变化而变化，当入流角为30°左右时风力机启动转矩最大，为142.98N·m。即每个叶片都不处于上游叶片尾流区内时，风力机可产生最大的启动转矩。

图3-8为不同安装半径、不同弦长、不同叶片安装角度和不同叶片数目启动力矩对比图。这4幅图有一个共同点，即当安装半径、弦长、叶片安装角度和叶片数目都一定时，风轮的静态启动力矩都随着风速的增加而增大。

图3-8　启动力矩对比图

图3-8（a）为安装半径分别选用1.00m、1.20m、1.35m、1.50m、1.65m、1.80m和1.90m时，静止垂直轴风力机在不同风速下的最大启动转矩值。由图3-8（a）可知，当风速一定时，风轮的静态启动力矩随叶片安装半径的增大而增大，说明叶片安装半径越大，其启动性能越好，且随着安装半径的增大，风轮的静态启动力矩增大的幅度也越大。

图3-8（b）为叶片弦长分别选用0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m和0.6m时，静止垂直轴风力机在不同风速下的启动转矩值。由图3-8（b）可知，当弦长一定时，风轮的静态启动力矩随叶片弦长的增加而增加，说明叶片弦长越长，其自启动性能越好。叶片弦长从0.1m增加至0.4m时，启动转矩增加较快，大于0.4m时，转矩随叶片弦长增加而增加的幅度明显减小。

图3-8（c）为叶片安装角分别选用1°、3°、5°、7°、8°、9°时，静止垂直轴风力机在不同风速下的启动转矩值。由图可知，不同的叶片安装角度对垂直轴风力机启动性能的影响较小，当安装角从1°增至8°时，启动力矩也随之增加，当安装角达到9°时，启动力矩迅速减小。

图3-8（d）为叶片数分别选用2个、3个、4个和5个时，静止垂直轴风力机在不同风速下的启动转矩值。由图可知，叶片数目越多，风轮的最大启动力矩越大，其自启动性能越好。