课程设计--风力机

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1、机械与动力工程学院风力机空气动力学课程设计设计题目：小型三叶片风力机叶片设计设计人：王伦班级：风能1101组号：4指导教师：姚桂焕设计时间：2周成绩：日期：2014.6.23-2014.7.4-1-设计内容及要求1．设计目的：《风力机空气动力学课程设计》是风能与动力工程专业中重要的实践性教学环节。通过该教学环节，使学生熟练掌握风力机叶片工作原理，并能够通过结合动量叶素理论相关知识与给定的环境条件设计出工作叶片，巩固和提高其风力机叶片设计及制造知识，树立其理论知识指导设计的工作思想，加深其对现场生产实际的了解，培养其对工程技术问题严肃认真、负责的态度，

2、为其以后从事实际工作打下坚实的基础。2．设计内容和要求：一、设计内容：（1）基于叶素和动量理论设计水平轴风力机叶片；（2）绘制风力机叶片弦长随叶片展向长度的变化曲线；（3）绘制风力机叶片扭角随叶片展向长度的变化曲线；（4）绘制设计风力机的性能曲线；（5）编写设计说明书，并附上必要的计算公式（6）分组分别设计出不同翼型的风力机叶片。二、设计要求：（1）掌握风力机叶片设计原理；（2）掌握风力机叶片设计过程；（3）完成确定风力机叶片的参数；（4）按时提交课程设计说明书、图纸，按时参加答辩。-11-3．设计工作任务及工作量的要求一、对于给定的风力机工作环境以

3、及功率按照NACA给定的参数设计风力机工作叶片每组同学数据给定情况不同可以采用手算和计算机编程序两种方式进行，在答辩时要提前说明计算方法以及在每种方法中遇到的问题，经教师校验方法正确后方可进行答辩。二、编制课程设计计算说明书设计计算说明书中应附上主要计算公式以及适用条件、工作原理、设计方法、系统构成及流程、计算成立条件，字数不少于10000字（至少要8000字），要求条理清晰，逻辑严密，字迹工整。4．主要参考文献：风力机空气动力学.MartinO.L.Hansen（著），肖劲松（译）.中国电力出版社，2010风工程与工业空气动力学.贺德馨.国防工业出

4、版社，2006风力机设计理论及方法.赵丹平.北京大学出版社,20125．所用基础理论：根据动量理论，描述作用在风轮上的力与来流速度之间的关系。根据叶素理论，将风轮叶片沿展向分成许多微段，即叶素，并假设在每个叶素上作用的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和阻力。叶素-动量理论，假设各个叶素单元作用相互独立，各个圆环之间没有径向干扰，轴向诱导因子a并不沿着径向方向改变。6．相关参数的选定：（1）调速方式：变桨距（2）翼型（NACA系列）（3）叶片数目：3片（4）风力机功率：10kW（5）设计风速：10m/s（6）风轮转速：160rpm（7

5、）风能利用系数：0.45（8）传动效率：0.92（9）发电机效率：0.95（10）叶片材料：碳纤维复合材料-11-7.常用变量参数声明;Pu------额定功率P-------设计计算功率P∞-----风流经风轮损失功率D-------风轮直径L-------叶片长度B-------叶片数C-------叶片剖面弦长σ-----------风轮实度R-----------风轮半径r------------叶素距旋转中心的距离A------------风轮扫过的面积U1-----------额定风速，来流风速U2-----------风流过风轮后的下风

6、向风速α-------------叶素攻角，最佳攻角Cl-------------升力系数Cd-------------阻力系数Φ--------------叶素入流角β---------------叶素扭角，桨距角μ---------r/R叶素到旋转中心距离与风轮半径的比值Cx--------法向力系数-11-Cy----------切向力系数Ω----------风轮旋转角速度，额定旋转速度λ----------叶素旋转速度与主流风速比λ。--------叶尖速比W----------叶素合成流速σr--------------叶片弦长实度M--

7、------------叶片转矩T---------------风轮轴向推力a---------------轴向诱导因子b---------------周向诱导因子-11-第一章风力机发展程风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用

8、风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微