風(fēng)力發(fā)電課程設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)

課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目： 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)要求一、課程設(shè)計(jì)的目的和意義通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、基本技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，聯(lián)系生產(chǎn)及科研實(shí)際完成某一課程設(shè)計(jì)題目。培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程問(wèn)題的能力以及一定的科研、實(shí)踐能力；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的治學(xué)方法和刻苦鉆研、勇于探索的精神；培養(yǎng)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神等。課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，深化有關(guān)理論知識(shí)，擴(kuò)大知識(shí)面，獲得閱讀文獻(xiàn)、調(diào)查研究、總結(jié)提煉以及使用工具書(shū)和寫(xiě)作等方面的綜合訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)工作可以有效地檢驗(yàn)“教”、“學(xué)”質(zhì)量。二、課程設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的要求1. 指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)正確、相對(duì)獨(dú)立地完成一項(xiàng)給定任務(wù)的全過(guò)程，包括資料收集、調(diào)研、方案比較、數(shù)據(jù)采集與處理、計(jì)算與結(jié)果分析、總結(jié)提煉觀點(diǎn)、得出結(jié)論、繪制有關(guān)圖表、編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告、說(shuō)明講解與回答問(wèn)題、課程設(shè)計(jì)考核等。嚴(yán)禁以任何方式抄襲他人成果或網(wǎng)上相關(guān)文章，也不能請(qǐng)他人代替完成設(shè)計(jì)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，課程設(shè)計(jì)成績(jī)按不及格處理。2. 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求，學(xué)生在設(shè)計(jì)開(kāi)始較短時(shí)間內(nèi)(1-2 天) 應(yīng)掌握所進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括：資料收集與準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)任務(wù)與思路、工作任務(wù)分解、各階段任務(wù)的時(shí)間分配、暫時(shí)存在的問(wèn)題等。3. 設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)主動(dòng)向指導(dǎo)教師匯報(bào)工作進(jìn)度和遇到的疑難問(wèn)題，爭(zhēng)取指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和監(jiān)督。指導(dǎo)教師會(huì)隨時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，并抽查學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)展情況。4. 學(xué)生應(yīng)嚴(yán)格遵守紀(jì)律。按指導(dǎo)教師要求，在規(guī)定時(shí)間、固定教室內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如有特殊情況，應(yīng)及時(shí)告知指導(dǎo)教師，嚴(yán)格請(qǐng)假制度。5. 設(shè)計(jì)考核前學(xué)生需提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行撰寫(xiě)，并按指導(dǎo)教師要求整理、修改，及時(shí)上交。晚交設(shè)計(jì)報(bào)告，成績(jī)降檔處理；不交設(shè)計(jì)報(bào)告，按不及格處理。6. 屬下列情況之一者，不予考核并取消設(shè)計(jì)成績(jī)：(1)沒(méi)有保證設(shè)計(jì)時(shí)間，缺席時(shí)間三分之一以上者或未完成規(guī)定任務(wù)的最低限度要求；(2)剽竊他人設(shè)計(jì)結(jié)果或直接照抄他人設(shè)計(jì)報(bào)告；(3)設(shè)計(jì)結(jié)果存在較大錯(cuò)誤，經(jīng)指導(dǎo)教師指出而未修改；(4)設(shè)計(jì)結(jié)果在書(shū)寫(xiě)或其他方面未滿足規(guī)定的最低要求。三、課程設(shè)計(jì)考核1.課程設(shè)計(jì)的過(guò)程考核(1) 學(xué)生是否按設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所提出的要求與時(shí)間，完成各階段所規(guī)定的任務(wù)。(2) 設(shè)計(jì)完成的質(zhì)量和完成過(guò)程中所表現(xiàn)的創(chuàng)造性和學(xué)習(xí)態(tài)度，包括出勤情況等。(3) 學(xué)生是否較好掌握設(shè)計(jì)所涉及的基礎(chǔ)理論、基本技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)等。(4) 設(shè)計(jì)報(bào)告思路是否清晰，文字、公式及圖表等是否符合規(guī)范，報(bào)告上交是否及時(shí)等。(5) 必要時(shí)學(xué)生需上交課程設(shè)計(jì)草稿，設(shè)計(jì)結(jié)束當(dāng)天進(jìn)行答辯或筆試考核等。2.課程設(shè)計(jì)的成績(jī)?cè)u(píng)定課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定采用優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級(jí)分制記分，成績(jī)包括平時(shí)答疑成績(jī)、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)成績(jī)和答辯成績(jī)?nèi)糠?，其中平時(shí)答疑占 20 分，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)成績(jī)占 40 分，答辯成績(jī)占 40 分。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 1 -設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1設(shè)計(jì)目的：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)是新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)該教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生熟練掌握風(fēng)力機(jī)葉片工作原理，并能夠通過(guò)結(jié)合動(dòng)量葉素理論相關(guān)知識(shí)與給定的環(huán)境條件設(shè)計(jì)出工作葉片，鞏固和提高其風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)及制造知識(shí)，樹(shù)立其理論知識(shí)指導(dǎo)設(shè)計(jì)的工作思想，加深其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際的了解，培養(yǎng)其對(duì)工程技術(shù)問(wèn)題嚴(yán)肅認(rèn)真、負(fù)責(zé)的態(tài)度，為其以后從事實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）基于葉素和動(dòng)量理論設(shè)計(jì)水平軸風(fēng)力機(jī)葉片；（2）繪制風(fēng)力機(jī)葉片弦長(zhǎng)隨葉片展向長(zhǎng)度的變化曲線；（3）繪制風(fēng)力機(jī)葉片扭角隨葉片展向長(zhǎng)度的變化曲線；（4）繪制設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)的 性能曲線；pC（5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并附上必要的計(jì)算公式；（6）分組分別設(shè)計(jì)出不同翼型的風(fēng)力機(jī)葉片。2、設(shè)計(jì)要求：（1）掌握風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)原理；（2）掌握風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)過(guò)程；（3）完成風(fēng)力機(jī)葉片參數(shù)的確定；（4）按時(shí)提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告、圖紙，課程設(shè)計(jì)報(bào)告不少于 5000 字，統(tǒng)一用 A4 紙，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 2 -符合科技文體規(guī)范。主要內(nèi)容及裝訂順序：封面、課程設(shè)計(jì)要求、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、課程設(shè)計(jì)任務(wù)分配表、成績(jī)考核表、摘要、目錄、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)正文、設(shè)計(jì)日志、總結(jié)；（5）設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)正文部分應(yīng)該包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容： 1）前言， 2）設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)述， 3）設(shè)計(jì)理論， 4）設(shè)計(jì)過(guò)程， 5）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)， 6）設(shè)計(jì)圖表， 7）設(shè)計(jì)結(jié)論，8）參考文獻(xiàn) ；（6）設(shè)計(jì)報(bào)告嚴(yán)禁抄襲，否則按不及格論；（7）繪圖要求準(zhǔn)確；（8）按時(shí)做好答辯用 PPT，參加課程設(shè)計(jì)答辯。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求一、對(duì)于給定的風(fēng)力機(jī)工作環(huán)境以及功率按照給定的參數(shù)設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)工作葉片每組同學(xué)數(shù)據(jù)給定情況不同可以采用手算和計(jì)算機(jī)編程序兩種方式進(jìn)行，在答辯時(shí)要提前說(shuō)明計(jì)算方法以及在每種方法中遇到的問(wèn)題，經(jīng)教師校驗(yàn)方法正確后方可進(jìn)行答辯。二、編制課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)中應(yīng)附上主要計(jì)算公式以及適用條件、工作原理、設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)構(gòu)成及流程、計(jì)算成立條件，字?jǐn)?shù) 5000 字（至少要 3000 字），要求條理清晰，邏輯嚴(yán)密，字跡工整。4主要參考文獻(xiàn)：1 風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論及方法.趙丹平.北京大學(xué)出版社,2012.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 .范海寬.北京大學(xué)出版社,2013.3 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) .吳雙群.北京大學(xué)出版社,2009.4 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù). 葉杭冶.電子工業(yè)出版社,2010.5 風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行. 何顯富,盧霞等.化學(xué)工業(yè)出版社,2009.6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理及應(yīng)用(第 2 版). 姚興佳,宋俊.機(jī)械工業(yè)出版社,2009.7 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) .芮曉明.機(jī)械工業(yè)出版社,2010.8 CAD 繪圖的相關(guān)資料及其他風(fēng)力發(fā)電相關(guān)書(shū)籍、技術(shù)文章等.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 3 -5所用基礎(chǔ)理論：根據(jù)動(dòng)量理論，描述作用在風(fēng)輪上的力與來(lái)流速度之間的關(guān)系。根據(jù)葉素理論，將風(fēng)輪葉片沿展向分成許多微段，即葉素，并假設(shè)在每個(gè)葉素上作用的氣流相互之間沒(méi)有干擾，作用在葉片上的力可分解為升力和阻力。葉素-動(dòng)量理論，假設(shè)各個(gè)葉素單元作用相互獨(dú)立，各個(gè)圓環(huán)之間沒(méi)有徑向干擾，軸向誘導(dǎo)因子并不沿著徑向方向改變。6相關(guān)參數(shù)的選定：（1）額定風(fēng)速： m/s（2）額定功率： kW（3）起動(dòng)風(fēng)速：m/s（4）機(jī)電效率：（5）抗最大風(fēng)速：m/s（6）風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：rpm（7）風(fēng)能利用系數(shù)：（8）傳動(dòng)效率：（9）發(fā)電機(jī)效率：（10）葉片材料：碳纖維復(fù)合材料7. 常用變量參數(shù)聲明：Pu-額定功率P-設(shè)計(jì)計(jì)算功率P-風(fēng)流經(jīng)風(fēng)輪損失功率D-風(fēng)輪直徑L-葉片長(zhǎng)度B-葉片數(shù)C-葉片剖面弦長(zhǎng)-風(fēng)輪實(shí)度R-風(fēng)輪半徑r-葉素距旋轉(zhuǎn)中心的距離A-風(fēng)輪掃過(guò)的面積風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 4 -U1-額定風(fēng)速，來(lái)流風(fēng)速U2-風(fēng)流過(guò)風(fēng)輪后的下風(fēng)向風(fēng)速-葉素攻角，最佳攻角Cl-升力系數(shù)Cd-阻力系數(shù)-葉素入流角-葉素扭角，槳距角-r/R 葉素到旋轉(zhuǎn)中心距離與風(fēng)輪半徑的比值Cx-法向力系數(shù)Cy-切向力系數(shù)-風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)角速度，額定旋轉(zhuǎn)速度-葉素旋轉(zhuǎn)速度與主流風(fēng)速比。-葉尖速比W-葉素合成流速r-葉片弦長(zhǎng)實(shí)度M-葉片轉(zhuǎn)矩T-風(fēng)輪軸向推力a-軸向誘導(dǎo)因子b-周向誘導(dǎo)因子8工作計(jì)劃及進(jìn)度：第一章 緒論1.引言隨著化石能源的過(guò)渡消耗以及其對(duì)環(huán)境帶來(lái)的嚴(yán)重影響，風(fēng)能憑其清潔、可循環(huán)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到重視，各國(guó)都在積極開(kāi)發(fā)利用本國(guó)的風(fēng)能資源，中國(guó)也不例外。探索小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片設(shè)計(jì)與制造方能源是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的不竭動(dòng)力，現(xiàn)今化石能源風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 5 -的日益枯竭和其帶來(lái)的環(huán)境 污染問(wèn)題成為困擾社會(huì)的兩大難題。破解迷局的重要方式之一是用清潔能源代替 傳統(tǒng)能源，而風(fēng)力發(fā)電正是清潔能源中技術(shù)最成熟，價(jià)格最接近傳統(tǒng)火力發(fā)電的 新能源。風(fēng)力發(fā)電在全球方興未艾，歐洲計(jì)劃在 2020 年使風(fēng)力發(fā)電量達(dá)到總發(fā)電量的 12，其他各發(fā)達(dá)國(guó)家也正在大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。中國(guó)風(fēng)能資源豐富，非 常適合發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。本文對(duì)占我國(guó)面積 50地域的風(fēng)能可利用區(qū)進(jìn)行了研 究，這里居住著我國(guó)絕大多數(shù)的貧困人口、農(nóng)牧民和邊防軍人，發(fā)展適合那里的 偏低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可以改善生活條件和生存環(huán)境并且可以促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。風(fēng)能可利用區(qū)大于 3ms 風(fēng)速每年只有 20004000h，而如今的風(fēng)能發(fā)電技 術(shù)都屬高風(fēng)速技術(shù)，啟動(dòng)風(fēng)速較高，不適合在這一地區(qū)應(yīng)用。要更高效的利用這 么廣大地域的風(fēng)能只有發(fā)展新型適合偏低風(fēng)速地域的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，而葉片又是 風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最重要的單元。葉片設(shè)計(jì)的好壞決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)劣。 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為 2.74109MW，其中可利用的風(fēng)能為 2107MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大 10 倍。風(fēng)很早就被人們利用-主要是通過(guò)風(fēng)車(chē)來(lái)抽水、磨面等，而現(xiàn)在，人們感興趣的是如何利用風(fēng)來(lái)發(fā)電。 把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車(chē)技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開(kāi)始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程設(shè)計(jì)是風(fēng)能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)中重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)該教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生熟練掌握風(fēng)力機(jī)葉片工作原理，并能夠通過(guò)結(jié)合動(dòng)量葉素理論相關(guān)知識(shí)與給定的環(huán)境條件設(shè)計(jì)出工作葉片，鞏固和提高其風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)及制造知識(shí)，樹(shù)立其理論知識(shí)指導(dǎo)設(shè)計(jì)的工作思想，加深其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際的了解，培養(yǎng)其對(duì)工程技術(shù)問(wèn)題嚴(yán)肅認(rèn)真、負(fù)責(zé)的態(tài)度，為其以后從事實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)述。（1）、課程設(shè)計(jì)的流程風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 6 -（2）.概念設(shè)計(jì)內(nèi)容a.葉輪直徑計(jì)算與設(shè)計(jì)b.額定風(fēng)速與轉(zhuǎn)速的確定c.功率控制方式e.葉片性能分析與計(jì)算f.葉片造型的設(shè)計(jì)第二章 葉片設(shè)計(jì)理論1、葉素理論葉素理論的基本出發(fā)點(diǎn)是將風(fēng)輪葉片沿展向分成許多微段，稱這些微段為葉素。假設(shè)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 7 -每個(gè)葉素上的流動(dòng)相互之間沒(méi)有干擾，即葉素可以看成是二維翼型，這時(shí)，將作用在每個(gè)葉素的力和力矩沿展向積分，就可以求得作用在風(fēng)輪上的力和力矩。對(duì)每個(gè)葉素來(lái)說(shuō)，其速度可以分解為垂直于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面的分量 和平行風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面0yV的分量 ，速度三角形和空氣動(dòng)力分量如圖 2-3 所示。圖中： 角為入流角， 為迎角，0yV 為葉片在葉素處的幾何扭角。合成氣流速度 引起的作用在長(zhǎng)度為 dr 葉素上的空氣動(dòng)力 可以分解為法向力 和0VdaFndF切向力 ， 和 可分別表示為tdFat（2-1）201nncCdr20t tdFV其中 空氣密度；c葉素剖面弦長(zhǎng)；e、q分別表示法向力系數(shù)和切向力系數(shù)，即（2-2）nossinl dCCicotl這時(shí)，作用在風(fēng)輪平面 dr 圓環(huán)上的軸向力可表示為（2-3）201cvndTBCdr式中 B-葉片數(shù)。作用在風(fēng)輪平面 dr 圓環(huán)上