风力机理论与设计基础ppt课件.ppt

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1、风力机理论与设计基础——金凤科技股份公司培训教程授课人崔新维2001年6月目录1．风力机空气动力学基础2．水平轴风力机桨叶设计3．水平轴风力机机械设计4．发电装置5．运行与并网发电6．风资源概述7．风力发电的经济性分析第一章风力机空气动力学基础风力发电机工作过程描述风力发电机（以下简称风力机）是一种将风能转换为电能的能量转换装置。风力机的系统图：风电力进一步有：风电力风力发电机传动系发电机叶轮§1.1空气动力学的基本概念空气动力学主要研究空气流过飞行器外部时的运动规律。1.1.1流线气体质点：体积无限小的具有质量和速度的流体微团。流线：——在某一瞬时沿着流场中各气体质点

2、的速度方向连成的一条平滑曲线。——描述了该时刻各气体质点的运动方向：切线方向。——一般情况下，各流线彼此不会相交。——流场中众多流线的集合称为流线簇。如图所示。绕过障碍物的流线:——当流体绕过障碍物时，流线形状会改变，其形状取决于所绕过的障碍物的形状。——不同的物体对气流的阻碍效果也各不相同。我们考虑这样几种形状的物体，它们的截面尺寸相同，但对气流的阻碍作用（用阻力系数度量）各异。1.1.2阻力与升力当气流与物体有相对运动时，气体对物体有平行于气流方向的作用力——阻力。现在来定性地考察一番飞机机翼附近的流线。当机翼相对气流保持图示的方向与方位时，在机翼上下面流线簇的疏密

3、程度是不尽相同的。考察二维翼型气体流动的情况。根据流体运动的质量守恒定律，有连续性方程：A1V1=A2V2=A3V3其中A、V分别表示截面积和速度。下标1、2、3分别代表前方或后方、上表面和下表面处。——上翼面突出，流场横截面面积减小，空气流速增大，V2>V1。而由伯努利方程：P=P0+1/2*V2必使P2

4、还有气动弦，又称零升力线。中弧线：翼型内切圆圆心的连线。对称翼型的中弧线与翼弦重合。上翼面：凸出的翼型表面。下翼面：平缓的翼型表面。厚度：翼弦垂直方向上上下翼面间的距离。——厚度分布：沿着翼弦方向的厚度变化。弯度：翼型中弧线与翼弦间的距离。——弯度分布：沿着翼弦方向的弯度变化。1.1.4翼型的气动特性重要概念：攻角气流速度与翼弦间所夹的角度，记做，又称迎角。LRMVC一、作用在机翼上的气动力由于机翼上下表面所受的压力差，实际上存在着一个指向上翼面的合力，记为R。——阻力与升力：R在翼弦上的投影称为阻力，记为D；而在垂直于翼弦方向上的投影称为升力，记为L。——气动力矩

5、：合力R对（除自己的作用点外）其它点的力矩，记为M。又称扭转力矩。为方便使用，通常用无量刚数值表示翼剖面的气动特性，故定义几个气动力系数：升力系数：CL=L/(1/2V2C)阻力系数：CD=D/(1/2V2C)气动力矩系数：CM=M/(1/2V2C2)此处，L、D、M分别为翼型沿展向单位长度上的升力、阻力和气动力矩。二、翼剖面的升力特性用升力系数Cl随攻角变化的曲线（升力特性曲线）来描述。如图。CLCLmax0CT在0～CT之间，CL与呈近似的线性关系，即随着的增加，升力L逐渐加大。当=CT时，CL达到最大值CLmax。CT称为临界攻角或失速

6、攻角。当>Ct时，CL将下降。当=0(<0)时，CL=0，表明无升力。0称为零升力角，对应零升力线。三、翼剖面的阻力特性用阻力特性曲线来描述。CDCDminCDmin——两个特征参数：最小阻力系数CDmin及对应攻角CDmin。四、极曲线在风力机的设计中往往更关心升力h和阻力的比值——升阻比L/D以及最佳升阻比。通过极曲线（又称艾菲尔曲线）来讨论。CLmaxCLCT有利CDminCDCDminCD00说明：——极曲线上的每一点对应一种升阻比及相应的攻角状态，如0、CDmin、CT等。——为了得到最佳升阻比，可从原点作极曲线的切线，由于此时的

7、夹角最大，故切点处的升阻比CL/CD=tg最大，对应的攻角为最有利攻角有利。五、压力中心压力中心：气动合力的作用点，为合力作用线与翼弦的交点。——作用在压力中心上的只有升力与阻力，而无力矩。——压力中心的位置通常用距前缘的距离表示。六、雷诺数对翼型气动力特性的影响关于雷诺数——层流与紊流：两种性质不同的流动状态。雷诺数是用来界定两种状态的判据。——雷诺数的表达形式：Re=VC/——临界雷诺数Recr：ReRecr紊流——雷诺数的物理意义：惯性力与粘性力之比。雷诺数的影响考虑对NACA翼型升力曲线和阻力曲线的影响