风能与动力工程-新能源科学与工程级特色专业

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1、学生实验指导书课程名称风资源测量与评估实验名称风速仪测风实验风资源评估实验任课老师李银然指导老师李银然能源与动力工程学院新能源科学与工程专业一、实验目的：了解自然风特性的实验室实现手段，即风洞及其组成部分的功能与作用；测量风洞中，风速的径向变化情况，了解风洞中风况与自然风的区别；熟知风向变化及其统计学规律，绘制风向玫瑰图；了解风速的随机变化特性，熟知风速测量及其频率的计算方法，能准确绘制风频图，能量玫瑰图，能拟合出唯布尔分布函数；熟知风功率及其能量评价。二、基础知识1、风向定义：风吹来的方向，单位m/s。一般，风向的表示方法有方位表示法和角度表示法等。方位表示法：把某

2、平面点以正北为0度，正东为90度划分0—360度成16个扇区，每隔22.5度为一个扇区，以22.5度、45度、67.5度…，为中心线向两边划11.25度的射线，此时，如348.75-360度和0-11.25度的扇区的风向定义为北风，以N表示。11.25-33.75度的扇区为北东北风，用NNE表示，以此类推。角度表示法：以正北方向为0度，正东方向为90度，以此类推，用角度表示来流风向。风向分布：采用分析统计风向的方法将测风周期内所测的风向值离散化，把不同的风向值划分到相应的扇区，然后统计出该扇区风向出现的频率，从而判断风向分布状况，测风周期一般为一年。把频率按照相应的长

3、度表示在各扇区的图，称为风向玫瑰图(如下图所示)图1风向玫瑰图2、风速2.1风的随机过程风是一种湍流运动，湍流运动是一种随机过程，通常采用数理统计的方法来研究，脉动风随时间和空间的变化是一种典型的随机过程。平均风速可采用瞬时风速和脉动风速的差表示，。湍流强度是描述风速随时间和空间变化的程度，反应脉动风速的相对强度，是描述大气湍流运动特性的最重要的特征量。图2风速变化定义风速的均方值均方根为则湍流强度为2.2风频图对风况的折中表达是风频分布，把风速按级分类（或者是按1m/s的区间宽度，划分为n个区间），然后累计每个风速级或区间上，风速测量出现的时间，计算出每一风速级出现

4、的时间和总测量时间的比值。例如：风速级Vi中的测量时间为Ti，总测量事假为T，则时间比例，该值被称为相对频度。相对频度和风速级的关系就是风频图，如下图所示图3风频分布2.3风速的分布函数Weibull风频分布函数（概率密度）为：V是10min平均风速，A为尺度因子，k为形状因子，为平均风速根据外场测量数据，拟合出适用于外场风况的Weibull函数（风频分布测量值和拟合的概率密度，如下图）。图4概率密度图5风速玫瑰图2.4风功率及能量评价利用测量的风频分布可计算风含能量，每一个风速级的功率为：此风速级的概率（频度）为则在总的测量时间T中风速级Vi所拥有的能量为所有风速级

5、具有的能量为：图6风能玫瑰图三、实验总要求了解各种风洞，能熟练操作手持式风速仪。测量风速随时间的变化规律，绘制变化曲线，求出平均风速、湍流强度。根据测量的风速值，能够绘制各种风能玫瑰图。能够做出风能评估报告。实验一：风速仪测风实验一、实验目的了解风速模拟装置风洞的功能及组成部件，能够熟练操作手持式风速仪；通过调节风洞风速，模拟风速的随机特性，测量风速随时间的变化规律，理解湍流强度；二、实验设备1）回流式风洞的组成：空气驱动系统：驱动空气以一定的速度流过试验段。管道系统：该管道包含可控制的空气流场，试验物可放置其中，该段称为试验段。实验对象：风力机、翼型、叶片、塔架等。

6、观察和测量设备，压力计、风速计、流场测量设备等。试验段直径0.7米的三元低速回流式风洞实验台一座，采用37千瓦三相异步电动机驱动，变频调速，试验段长度1.1米，风速变化范围为：3~40米/秒。新增加两直段、一层整流网、一个（六角形的）蜂窝器。可进一步扩展为开、闭两用式风洞。绘制回流式风洞简图图7回流式风洞2）、试验段为0.2米×0.75米的二元低速直流风洞实验台一座，采用15千瓦三相异步电动机驱动，变频调速，总长：12.7米，试验段长度1.4米，风速变化范围为：3~40米/秒。绘制二元直流风洞简图图8二元低速直流风洞3）、试验段为0.4米×0.6米的三元低速直流风洞实

7、验台一座，采用15千瓦三相异步电动机驱动，变频调速，总长：15.3米，试验段长度4米，风速变化范围为：3~40米/秒。图9三元低速直流风洞4）、手持式风速计图10手持式风速计三、要求说明下列设备作用a)蜂窝器：b)导流片：c)风扇：1）低风速测量确定总测量时间1小时，每三秒测一次数据，测量该段时间内风速的变化规律，绘制如下表格，并用曲线形式表示风速变化规律，求出湍流度。求出每10分钟平均风速，并绘制1小时风速变化规律。表1：低风速风速瞬时值时间t(s)36912151821242730V(m/s)6.05.95.85.956.056.25.96.06