风能作为可再生、无污染的清洁能源之一,其流动方向无法判定且所蕴含的能量大小无法预料。风力发电技术是风能利用的一种较为成熟的技术,为了更高效的利用风能,需要提高风力机本身的风能利用率。本文以NH1500kW风力机为原模型设计得到大型的双风轮风力机,研究大型双风轮风力机的功率特性及设计参数对大型双风轮风力机气动性能的影响,具体内容及结论如下:(1)文章中需要设计与NH1500kW风力机同轴同向同转速旋转的小风轮为副风轮,具体设计结果如下:副风轮主要用于捕获主风轮叶根部位无法利用的风能,设计副风轮的额定功率为134kW,半径为13m,根据风轮实度、叶片数目计算结果以及叶片数目选择表设置副风轮叶片个数为8、9、10、11、12五种,参考相关文献设计两风轮的间距为3.2m,方位角为0°,给出副风轮的基本参数,建立双风轮模型。(2)用CFD方法模拟原风轮、副风轮以及双风轮模型,对比分析双风轮风力机的功率输出情况得到以下结论:5种双风轮模型发现副风轮叶片数为10的双风轮输出功率最大,从而确定其为本文研究的双风轮模型;对比分析原风轮与双风轮模型,发现风速越低,双风轮的输出功率增加量相对越大,额定工况时双风轮的输出功率相对增大8.98%,风能利用率相对提高3.50%;对比分析主副风轮单独运行与双风轮模型,风速越高,双风轮的输出功率增加量相对越大,额定工况时其输出功率相对增大1.56%,风能利用率相对提高6.65%;副风轮的存在使主风轮叶片15m到20m区域的来流风速大于原风轮,该区域叶片压力面与吸力面的相对压差大于原风轮;主风轮叶片8.5m到13m区域内流动分离相对延缓;双风轮尾流中的动能小于原风轮。(3)分析两风轮方位角对整机输出功率的影响,得到以下结果:定义两风轮之间的方位角为,,???321,方位角的变化范围为0°到24°,定义?1为第一方位角,随着第一方位角增大,整机输出功率先增大后减小,当方位角为,,???12302121?(28)?(28)?(28)时主风轮的来流风速最大,风力机的输出功率最大,风能利用效率最高;相对于?01?(28)模型,?121?(28)模型输出功率相对增大量逐渐减小,3m/s风速时的功率增加量最大为8.68%,而额定风速时功率相对增大1.52%;随着方位角的增大,主风轮叶片15m到20m区域的压力面风速增大,叶片压力面压力减小,叶片压力差减小,主风轮的三个叶片作用叠加得到主风轮压力面压力增大,主风轮压力差增大。本文设计大型双风轮风力机,研究了双风轮风力机的气动性能,分析了风轮方位角对双风轮风力机的影响。通过加装风轮的方式提高了整机的风能利用效率,为双风轮风力机的设计与优化提供参考。