城市阵风条件下Ayanz螺旋叶片风力涡轮机与传统三叶片风力涡轮机的对比实验性能研究

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为解决城市风力涡轮机最优形态设计的科学空白，本研究对两种小型风力涡轮机进行了实验性能对比：传统三叶片水平轴风力涡轮机（HAWT）和配备导管的Ayanz启发式螺旋叶片涡轮机。两种配置均在风洞中进行了稳定风和瞬变风条件下的测试，包括模拟城市风场特征的合成阵风。分析重点涵盖功率输出、气动效率（功率系数CP）、动态响应性和集成适用性。本研究的主要创新在于首次进行了Ayanz螺旋叶片涡轮机与标准三叶片涡轮机的全尺度实验对比，特别是在稳定风和城市阵风条件下的对比数据在文献中极为稀缺。结果表明：三叶片涡轮机在最优工作点附近实现了更高的CP峰值和效率，而Ayanz涡轮机表现出更宽的性能平台和在低速及波动风条件下的更优自启动特性。在特定阵风场景下，Ayanz模型展现出更平稳的功率上升过程和更高的能量捕获效率，尤其是在风速偏差较小时表现突出。此外，通过在多个风速下对比CP与叶尖速比λ曲线，建立了新颖的性能评估框架（平台宽度分析法），用于客观评价涡轮机对非设计工况的适应性和鲁棒性。研究成果为城市及变工况风环境中的涡轮机型选择提供了实用指导，有助于推进城市小型风能系统的稳健设计与部署。

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