Abstract In this paper, we aim to develop a low-cost model for evaluating the aerodynamic design and performance of Gorlov vertical axis wind turbine (VAWT). To this end, a double multiple stream tube (DMST) model, which is based on the blade element momentum theory (BEM) has been developed for Gorlov VAWTs. The developed model is validated by comparing the obtained results with the available results in the literature; in addition, overall evaluation on the effects of geometrical and operational parameters, including profile of the blade airfoil, number of blades, helical angle, chord length, aspect ratio and free wind velocity have been performed for aerodynamic performance and the torque coefficient curves of Gorlov VAWT. Considering the results of parametrical evaluation on Gorlov turbine, maximum power coefficient ( $${{C}_{P}}$$ ) is 0.479 for the tip speed ratio ( $$\lambda $$ ) of 3.5 in NACA 0018 airfoil. In addition, it becomes evident that the number of blades and helical angle are important parameters in reducing the aerodynamic loads and improving the rotor stability. As the blade chord length or aspect ratio increases, the performance improves at low $$\lambda $$ values; however, it decrease at high $$\lambda $$ values and peak $${{C}_{P}}$$ . Moreover, self-starting behavior has been improved with increasing the blade chord length or free wind velocity and deteriorated by the usage of thinner airfoils. For the studied Gorlov turbine, the performance curves become wider until free wind velocity reaches to the rated velocity, which is 12 m/s for the studied Gorlov turbine.

中文翻译：

---

戈尔洛夫垂直轴风力机有效参数的研究

摘要 在本文中，我们旨在开发一种用于评估戈尔洛夫垂直轴风力涡轮机 (VAWT) 空气动力学设计和性能的低成本模型。为此，基于叶片元动量理论（BEM）的双多流管（DMST）模型已被开发用于戈尔洛夫 VAWT。通过将获得的结果与文献中的可用结果进行比较来验证开发的模型；此外，还对几何和运行参数的影响进行了全面评估，包括叶片翼型、叶片数量、螺旋角、弦长、展弦比和自由风速等对气动性能和Gorlov扭矩系数曲线的影响。 VAWT。考虑到戈尔洛夫汽轮机的参数评估结果，最大功率系数（$${{C}_{P}}$$）为0。NACA 0018 翼型中 3.5 的叶尖速度比 ($$\lambda $$) 为 479。此外，很明显，叶片数量和螺旋角是降低气动载荷和提高转子稳定性的重要参数。随着叶片弦长或纵横比的增加，性能在低 $$\lambda $$ 值时提高；然而，它在高 $$\lambda $$ 值和峰值 $${{C}_{P}}$$ 处下降。此外，自启动性能随着叶片弦长或自由风速的增加而得到改善，并因使用更薄的翼型而恶化。对于所研究的戈尔洛夫涡轮机，性能曲线变得更宽，直到自由风速达到额定速度，即所研究的戈尔洛夫涡轮机的额定速度为 12 m/s。很明显，叶片数量和螺旋角是降低气动载荷和提高转子稳定性的重要参数。随着叶片弦长或纵横比的增加，性能在低 $$\lambda $$ 值时提高；然而，它在高 $$\lambda $$ 值和峰值 $${{C}_{P}}$$ 处下降。此外，自启动性能随着叶片弦长或自由风速的增加而得到改善，并因使用更薄的翼型而恶化。对于所研究的戈尔洛夫涡轮机，性能曲线变得更宽，直到自由风速达到额定速度，即所研究的戈尔洛夫涡轮机的额定速度为 12 m/s。很明显，叶片数量和螺旋角是降低气动载荷和提高转子稳定性的重要参数。随着叶片弦长或纵横比的增加，性能在低 $$\lambda $$ 值时提高；然而，它在高 $$\lambda $$ 值和峰值 $${{C}_{P}}$$ 处下降。此外，自启动性能随着叶片弦长或自由风速的增加而得到改善，并因使用更薄的翼型而恶化。对于所研究的戈尔洛夫涡轮机，性能曲线变得更宽，直到自由风速达到额定速度，即所研究的戈尔洛夫涡轮机的额定速度为 12 m/s。在低 $$\lambda $$ 值时性能有所提高；然而，它在高 $$\lambda $$ 值和峰值 $${{C}_{P}}$$ 处下降。此外，自启动性能随着叶片弦长或自由风速的增加而得到改善，并因使用更薄的翼型而恶化。对于所研究的戈尔洛夫涡轮机，性能曲线变得更宽，直到自由风速达到额定速度，即所研究的戈尔洛夫涡轮机的额定速度为 12 m/s。在低 $$\lambda $$ 值时性能有所提高；然而，它在高 $$\lambda $$ 值和峰值 $${{C}_{P}}$$ 处下降。此外，自启动性能随着叶片弦长或自由风速的增加而得到改善，并因使用更薄的翼型而恶化。对于所研究的戈尔洛夫涡轮机，性能曲线变得更宽，直到自由风速达到额定速度，即所研究的戈尔洛夫涡轮机的额定速度为 12 m/s。