风力发电原理 第1章 绪论.ppt

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1、第一章绪论【本章教学目标】熟悉大气环流、季风环流，掌握我国季风环流的形成，熟悉海陆风、山谷风的形成，了解风级；掌握测风系统组成、风速和风向测量方法；理解风能的特点，熟悉中国风能资源分布特点，掌握风能丰富区分布；理解风特性，掌握平均风速和风向、湍流度；了解风速随时间变化规律，掌握风速随高度变化规律；掌握风能公式。1.1风的形成1.1.1大气环流空气流动的原因是地球绕太阳运转，由于日地距离和方位不同，地球上各纬度所接受的太阳辐射强度也各异。在赤道和低纬地区比极地和高纬地区太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多

2、，因而温度高。这种温差形成了南北间的气压梯度，在北半球等压面向北倾斜，空气向北流动。由于地球自转形成的地转偏向力的存在，这种力叫作科里奥利力，简称偏向力或科氏力。在此力的作用下，在北半球，使气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转。所以，地球大气的运动，除受到气压梯度力的作用外，还受地转偏向力的影响。1.1.2季风环流1.1.2.1季风环流在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季节变化，这种在1年内随着季节不同，有规律转变风向的风，称为季风。季风盛行地区的气候又称季风气候。1.1.2.2局地环流1

3、）海陆风海陆风的形成与季风相同，也是大陆与海洋之间的温度差异的转变引起的。2）山谷风1.1.3风力等级风力等级是风速的数值等级，它是表示风强度的一种方法，风越强，数值越大。风力等级（简称风级）是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小，国际上采用的是英国人蒲福（FrancisBeaufort）于1805年所拟定的，故又称“蒲福风级”。他是从静风到飓风分为13级。自1946年以来风力等级又作了一些修订，由13级变为17级，1.1.4风的测量1.1.4.1测风系统风的测量包

4、括风向测量和风速测量。风向测量是指测量风的来向，风速测量是测量单位时间内空气在水平方向上所移动的距离。自动测风系统主要由六部分组成。包括传感器、主机、数据存储装置、电源、安全与保护装置。1.1.4.2风速测量1）风速计（1）旋转式风速计。常有风杯和螺旋桨叶片二种类型。风杯旋转轴垂直于风的来向，螺旋桨叶片的旋转轴平行于风的来向。2）压力式风速仪。利用风的压力测定风速的仪器。利用流体的全压力（3）散热式风速计。一个被加热物体的散热速率与周围空气的流速有关，利用这种特性可以测量风速。它主要适用于测量小风速，而且

5、不能测量风向。2）风速记录风速记录是通过信号的转换方法来实现，一般有4种方法与静压力之差来测定风的动压。3）风速表示各国表示速度的单位的方法不尽相同，如用m/s、nmile/h、km/h、ft/s、mile/h等。1.1.4.3风向测量风向标是测量风向的最通用的装置，有单翼型、双翼型和流线型等。1.2风能资源1.2.1风能的特点风能储量巨大，是太阳能的一种表现形式。风能是可再生的、对环境无污染、对生态无破坏的清洁能源。风能密度低是风1.2.2中国风能资源分布特点研究各个地区风能资源的潜力和特征，一般都用有

6、效风能密度和可利用的年累积小时数两个指标来表示。能的弱点之一。1.2.2.1风能丰富区1.2.2.2风能较丰富区1.2.2.3风能可利用区1.2.2.4风能欠缺地区1.3风能的数学描述1.3.1风特性目前仅对100m高度以下的地表层的风特性比较了解，将风特性分为平均风特性和脉动风特性研究。平均风特性包括平均风速、平均风向、风速廓线和风频曲线，脉动风特性包括脉动风速、脉动系数、风向、湍流强度等。1.3.1.1平均风速和风向1）平均风速风速随时间和空间的变化是随机的，瞬时风速由平均风速和脉动风速组成，2）平均

7、风向风向一般用16个方位表示，即北东北（NNE）、东北（NE）、东东北（ENE）、东（E）、东东南（ESE）、东南（SE）、南东南（SSE）、南（S）、南西南（SSW）、西南（SW）、西西南（WSW）、西（W）、西西北（WNW）、西北（NW）、北西北（NWN）、北（N）。静风记“C”。1.3.1.2脉动风速脉动风速是指在某时刻，空间某点上的瞬时风速与平均风速的差值1）湍流强度和阵风因子2）湍流功率谱密度1.3.1.3平均风速和风向的表示在大气边界层中，平均风速随时间发生变化，不同的地区变化不同，但有一定的

8、规律性。平均风速有平均日风速、月风速和年风速等。每个地方的风特性可用风玫瑰图表示，如图1.7所示。图1.7所示，每根直线的长度表示在一年内这个方向的风的时间百分数(风向指向圆心)，每个圆或圆弧表示的时间为总时间的5%。在每根直线的端点的数字表示这个方向风速的平均值。6.71.3.1.4平均风速随高度变化在大气边界层中，平均风速随高度发生变化，其变化规律称风剪切或风速廓线，风速廓线可采用对数律分布或指数律分布。大都市中心地带有森