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　　Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片在運(yùn)行過程中動(dòng)轉(zhuǎn)矩震蕩幅度較大，周期性的轉(zhuǎn)矩對(duì)旋轉(zhuǎn)軸造成的沖擊較強(qiáng)，而且其平均動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)較小，導(dǎo)致風(fēng)能利用率較低。針對(duì)傳統(tǒng)Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片的以上缺點(diǎn)，本文考慮使用扭曲的方式對(duì)葉片進(jìn)行變異設(shè)計(jì)，并根據(jù)影響變異葉片造型的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模，以進(jìn)行葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬。
　　關(guān)于Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片已有的數(shù)值模擬研究大多針對(duì)二維模型進(jìn)行仿真模擬，此種方法計(jì)算量小、計(jì)算時(shí)間短、計(jì)算效率高，而且能在一定程度上代替三維模型的仿真模擬。但是考慮到本文的研究對(duì)象為變異Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片，葉片結(jié)構(gòu)在豎直方向上受變異參數(shù)影響存在變化，故選用三維模型進(jìn)行仿真模擬，三維模型仿真模擬較二維模型能更準(zhǔn)確的描述流場(chǎng)形態(tài)，得到的結(jié)果也更為準(zhǔn)確，但不可避免帶來計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間的增加。本文對(duì)各種數(shù)值模擬方案進(jìn)行多次試驗(yàn)與對(duì)比，在保證仿真計(jì)算精度的前提下，盡量降低計(jì)算成本，最終確立了如下文所述的數(shù)值模擬方案。
　　3．1參數(shù)化建模方案
　　3．1．1風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片原型的選取三葉片型
　　Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片較兩葉片型Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片能產(chǎn)生更為穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)三葉片型Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)效率優(yōu)于四葉片型Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)【431，因此，本文選擇Rahman等人Ⅲ】曾經(jīng)研究過的傳統(tǒng)三葉片型Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片模型作為試驗(yàn)?zāi)Ｐ?具體參數(shù)如表3．1所示)進(jìn)行研究，并對(duì)該模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行變異試驗(yàn)，以提高傳統(tǒng)Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)的動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能。圖3一I所示為Savorous風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)原始模型示意圖的主視圖和葉片的俯視圖，模型包括下半部的基座部分以及上半部的葉片部分。如圖所示，基座部分轉(zhuǎn)軸通過軸承與基座相連以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，轉(zhuǎn)軸上部設(shè)計(jì)有法蘭盤以與轉(zhuǎn)盤和葉片連接塊相連接：葉片部分葉片連接塊以過盈連接的方式鑲嵌于轉(zhuǎn)盤內(nèi)部，葉片通過螺栓與葉片連接塊相連，葉片連接塊則通過螺栓與葉片轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)軸上的法蘭盤相連14副，以將葉片部分與轉(zhuǎn)軸固定在一起。本文考慮到三維仿真模擬網(wǎng)格數(shù)量多、計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長的特點(diǎn)，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行相應(yīng)的簡化，不考慮風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)模型的基座部分，只對(duì)葉片部分進(jìn)行研究。
　　3．1．2葉片變異方案設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)參數(shù)選取
　　對(duì)于傳統(tǒng)直葉片型Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)來說，周期變化的動(dòng)轉(zhuǎn)矩是其一大特點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)較大缺點(diǎn)，因?yàn)橹芷谛缘霓D(zhuǎn)矩會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)整體輸出功率的變化，容易引起電力系統(tǒng)電壓與頻率的變動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)矩的變化也會(huì)給風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生頻繁的沖擊，甚至達(dá)到共振，影響風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)的耐久性。因此，應(yīng)盡量減小風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中輸出轉(zhuǎn)矩的變化，降低轉(zhuǎn)矩震蕩幅度。同時(shí)，作為阻力型垂直軸風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)，由于主要依靠迎風(fēng)面的動(dòng)力矩與阻力矩之差來做功，與水平軸風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)和升力型垂直軸風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)相比，傳統(tǒng)直葉片型Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)平均動(dòng)轉(zhuǎn)矩系數(shù)較低，導(dǎo)致其風(fēng)能利用率較低。針對(duì)傳統(tǒng)直葉片型Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)的以上缺點(diǎn)，本文考慮采用扭曲的方式對(duì)其葉片進(jìn)行變異設(shè)計(jì)，圖3．2即為變異Savorous風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片示意圖。在傳統(tǒng)直葉片型Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)高徑比、重疊比的基礎(chǔ)上，本文提出一種新的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即葉片弧度，傳統(tǒng)Savonius風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片的葉片弧度均為7c rad，即180。，本文考慮在弦長不變的情況下，將葉片弧度減小，觀察葉片弧度對(duì)于風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能的影響。因此，本文共選取葉片重疊比OL、葉片高徑比么尸、葉片扭角tX、葉片弧度目四個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)作為研究對(duì)象，以風(fēng)機(jī)廠風(fēng)機(jī)葉片的動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出性能為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。