风力机空气动力学课程设计.pdf

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1、课程设计(综合实验)报告(2014--2015年度第1学期)名称：风力机空气动力学题目：风力机叶片设计与制作院系：可再生能源学院班级：风能1202学号：1121540216学生姓名：庞辉庆指导教师：张惠设计周数：2成绩：日期：二〇一五年一月六日课程课程设计（综合实验）报告一、课程设计(综合实验)的目的与要求1．本次课程设计的主要目的：1．1掌握动量叶素理论设计风力机叶片的原理和方法1．2熟悉工程中绘图软件及办公软件的操作1．3掌握科研报告的撰写方法2．本次课程设计的主要要求：2.1要求独立完成叶片设计参数的确定，

2、每人提供一份课程报告2.2每小组提供一个手工制作的风力机叶片二、设计正文1．风力机叶片的设计1．1给定参数三叶片风力机功率P＝6.03KW来流风速7m/s风轮转速72rpm风力机功率系数Cp＝0.43传动效率为0.92发电机效率为0.95空气密度为1.225kg/m31．2采用S825翼型：翼型的气动数据（升力系数，阻力系数，俯仰力矩系数）已知。数据如表2-1所示，各系数与攻角的关系如图2-1、图2-2所示：攻角ClCd升阻比-5-0.0037697540.014193848-0.265590700.557616

3、9170.01551665135.936679751.0793416960.01930697555.904236581.3404485960.02518990353.213726101.4835688790.03225351345.9971253121.545053140.0462635733.3967556141.5336732030.07240635221.1814732161.4325374510.1199202911.9457471201.1912664840.2246034855.30386465表2-

4、1S825翼型相关数据风力机叶片设计与制作庞辉庆1课程课程设计（综合实验）报告1.81.5450…1.61.41.210.80.60.40.20-10-50510152025-0.2ClCd图2-1S825翼型升力系数、阻力系数特性6055.904…50403020100-10-50510152025-10图2-2S825翼型升阻比特性由图2-2有，升阻比最大值为55.9最佳攻角为5°对应的升力系数是1.0793阻力系数是0.01932．设计任务2.1风力机叶片设计：根据动量叶素理论对各个不同展向截面的弦长和扭角

5、进行计算，并使用Wilson设计模型进行修正，按比例画出弦长、扭角随叶高的分布。2.2根据以上计算结果手工制作风力机叶片，给出简单的制作说明。风力机叶片设计与制作庞辉庆2课程课程设计（综合实验）报告3.数据计算：3.1风轮半径R的计算：由风力发电机输出功率公式：132PVrDCP12（2-1）8得风轮直径：38P86.0310D9.86m（2-2）33VC1.22570.430.950.92rP12风轮半径：D9.86R4.93m（2-3）223.2不同半径处叶尖速比

6、的计算：叶片尖端（即r=R）的叶尖速比：R2n/60R272/604.935.31（2-4）VV7r半径为r处的叶尖速比：rr（2-5）V利用式2-5计算有表2-2截面位置r/R叶尖速比10%0.5310820%1.0621630%1.5932440%2.1243250%2.655460%3.1864870%3.7175680%4.2486490%4.77972100%5.3108表2-2不同半径处叶尖速比的计算3.3翼型入流角、轴向诱导因子、周向诱导因子、扭角的计算与修正此处采用

7、Wilson优化设计方法的数学模型。最优化设计风力机叶片就是使风力机风轮有最大的风能利用系数，即使式2-6风力机叶片设计与制作庞辉庆3课程课程设计（综合实验）报告???83=?(1−?)??(2-6)???20在式2-7的条件下获得Cp的最大值。b(1+b)?2=?(1−??)(2-7)其中，叶梢损失系数F由式2-8、2-9求得。F=2arccos⁡(?(−?))(2-8)???−?f=(2-9)2?????设计程序时，将a、b赋初值，针对每个截面。使用Matlab2012a求解以式2-6为目标函数，以式2-7为

8、条件函数的最优化问题，即可解出各截面的诱导因子a、b，进而得到叶梢损失系数F。（Matlab程序详见附录）结果如表2-3所示r/RabF10%0.32180.52580.922120%0.33410.17240.9530%0.33690.08270.965940%0.33810.0480.972950%0.33930.03120.97460%0.34180.0220.96