風力發(fā)電課程設計風力機葉片設計

課 程 設 計設計題目： 風力發(fā)電技術課程設計 課程設計要求一、課程設計的目的和意義通過課程設計使學生能綜合運用所學基礎理論、基本技能和專業(yè)知識，聯(lián)系生產(chǎn)及科研實際完成某一課程設計題目。培養(yǎng)學生分析和解決工程問題的能力以及一定的科研、實踐能力；培養(yǎng)學生嚴謹、求實的治學方法和刻苦鉆研、勇于探索的精神；培養(yǎng)學生的業(yè)務素質、創(chuàng)新意識和團隊精神等。課程設計過程中，深化有關理論知識，擴大知識面，獲得閱讀文獻、調查研究、總結提煉以及使用工具書和寫作等方面的綜合訓練。通過課程設計工作可以有效地檢驗“教”、“學”質量。二、課程設計對學生的要求1. 指導教師指導下，學生在規(guī)定時間內正確、相對獨立地完成一項給定任務的全過程，包括資料收集、調研、方案比較、數(shù)據(jù)采集與處理、計算與結果分析、總結提煉觀點、得出結論、繪制有關圖表、編寫設計報告、說明講解與回答問題、課程設計考核等。嚴禁以任何方式抄襲他人成果或網(wǎng)上相關文章，也不能請他人代替完成設計，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，課程設計成績按不及格處理。2. 根據(jù)設計任務書要求，學生在設計開始較短時間內(1-2 天) 應掌握所進行課程設計的內容，包括：資料收集與準備、設計任務與思路、工作任務分解、各階段任務的時間分配、暫時存在的問題等。3. 設計過程中，學生應主動向指導教師匯報工作進度和遇到的疑難問題，爭取指導教師的指導和監(jiān)督。指導教師會隨時進行指導，并抽查學生的設計進展情況。4. 學生應嚴格遵守紀律。按指導教師要求，在規(guī)定時間、固定教室內進行設計，如有特殊情況，應及時告知指導教師，嚴格請假制度。5. 設計考核前學生需提交課程設計報告，設計報告應按照相關規(guī)范進行撰寫，并按指導教師要求整理、修改，及時上交。晚交設計報告，成績降檔處理；不交設計報告，按不及格處理。6. 屬下列情況之一者，不予考核并取消設計成績：(1)沒有保證設計時間，缺席時間三分之一以上者或未完成規(guī)定任務的最低限度要求；(2)剽竊他人設計結果或直接照抄他人設計報告；(3)設計結果存在較大錯誤，經(jīng)指導教師指出而未修改；(4)設計結果在書寫或其他方面未滿足規(guī)定的最低要求。三、課程設計考核1.課程設計的過程考核(1) 學生是否按設計任務書所提出的要求與時間，完成各階段所規(guī)定的任務。(2) 設計完成的質量和完成過程中所表現(xiàn)的創(chuàng)造性和學習態(tài)度，包括出勤情況等。(3) 學生是否較好掌握設計所涉及的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識等。(4) 設計報告思路是否清晰，文字、公式及圖表等是否符合規(guī)范，報告上交是否及時等。(5) 必要時學生需上交課程設計草稿，設計結束當天進行答辯或筆試考核等。2.課程設計的成績評定課程設計成績評定采用優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級分制記分，成績包括平時答疑成績、設計說明書成績和答辯成績三部分，其中平時答疑占 20 分，設計說明書成績占 40 分，答辯成績占 40 分。風力發(fā)電技術課程設計- 1 -設計內容及要求1設計目的：風力發(fā)電技術課程設計是新能源科學與工程專業(yè)重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。通過該教學環(huán)節(jié)，使學生熟練掌握風力機葉片工作原理，并能夠通過結合動量葉素理論相關知識與給定的環(huán)境條件設計出工作葉片，鞏固和提高其風力機葉片設計及制造知識，樹立其理論知識指導設計的工作思想，加深其對現(xiàn)場生產(chǎn)實際的了解，培養(yǎng)其對工程技術問題嚴肅認真、負責的態(tài)度，為其以后從事實際工作打下堅實的基礎。2設計內容和要求：一、設計內容：（1）基于葉素和動量理論設計水平軸風力機葉片；（2）繪制風力機葉片弦長隨葉片展向長度的變化曲線；（3）繪制風力機葉片扭角隨葉片展向長度的變化曲線；（4）繪制設計風力機的 性能曲線；pC（5）編寫設計說明書，并附上必要的計算公式；（6）分組分別設計出不同翼型的風力機葉片。2、設計要求：（1）掌握風力機葉片設計原理；（2）掌握風力機葉片設計過程；（3）完成風力機葉片參數(shù)的確定；（4）按時提交課程設計報告、圖紙，課程設計報告不少于 5000 字，統(tǒng)一用 A4 紙，風力發(fā)電技術課程設計- 2 -符合科技文體規(guī)范。主要內容及裝訂順序：封面、課程設計要求、課程設計任務書、課程設計任務分配表、成績考核表、摘要、目錄、設計計算說明書正文、設計日志、總結；（5）設計計算說明書正文部分應該包括以下幾項內容： 1）前言， 2）設計任務簡述， 3）設計理論， 4）設計過程， 5）設計數(shù)據(jù)， 6）設計圖表， 7）設計結論，8）參考文獻 ；（6）設計報告嚴禁抄襲，否則按不及格論；（7）繪圖要求準確；（8）按時做好答辯用 PPT，參加課程設計答辯。3設計工作任務及工作量的要求一、對于給定的風力機工作環(huán)境以及功率按照給定的參數(shù)設計風力機工作葉片每組同學數(shù)據(jù)給定情況不同可以采用手算和計算機編程序兩種方式進行，在答辯時要提前說明計算方法以及在每種方法中遇到的問題，經(jīng)教師校驗方法正確后方可進行答辯。二、編制課程設計計算說明書設計計算說明書中應附上主要計算公式以及適用條件、工作原理、設計方法、系統(tǒng)構成及流程、計算成立條件，字數(shù) 5000 字（至少要 3000 字），要求條理清晰，邏輯嚴密，字跡工整。4主要參考文獻：1 風力機設計理論及方法.趙丹平.北京大學出版社,2012.2 風力發(fā)電技術及應用 .范海寬.北京大學出版社,2013.3 風力機空氣動力學 .吳雙群.北京大學出版社,2009.4 風力發(fā)電系統(tǒng)的設計、運行與維護. 葉杭冶.電子工業(yè)出版社,2010.5 風力機設計、制造與運行. 何顯富,盧霞等.化學工業(yè)出版社,2009.6 風力發(fā)電機組原理及應用(第 2 版). 姚興佳,宋俊.機械工業(yè)出版社,2009.7 風力發(fā)電機組設計 .芮曉明.機械工業(yè)出版社,2010.8 CAD 繪圖的相關資料及其他風力發(fā)電相關書籍、技術文章等.風力發(fā)電技術課程設計- 3 -5所用基礎理論：根據(jù)動量理論，描述作用在風輪上的力與來流速度之間的關系。根據(jù)葉素理論，將風輪葉片沿展向分成許多微段，即葉素，并假設在每個葉素上作用的氣流相互之間沒有干擾，作用在葉片上的力可分解為升力和阻力。葉素-動量理論，假設各個葉素單元作用相互獨立，各個圓環(huán)之間沒有徑向干擾，軸向誘導因子并不沿著徑向方向改變。6相關參數(shù)的選定：（1）額定風速： m/s（2）額定功率： kW（3）起動風速：m/s（4）機電效率：（5）抗最大風速：m/s（6）風輪轉速：rpm（7）風能利用系數(shù)：（8）傳動效率：（9）發(fā)電機效率：（10）葉片材料：碳纖維復合材料7. 常用變量參數(shù)聲明：Pu-額定功率P-設計計算功率P-風流經(jīng)風輪損失功率D-風輪直徑L-葉片長度B-葉片數(shù)C-葉片剖面弦長-風輪實度R-風輪半徑r-葉素距旋轉中心的距離A-風輪掃過的面積風力發(fā)電技術課程設計- 4 -U1-額定風速，來流風速U2-風流過風輪后的下風向風速-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 葉素到旋轉中心距離與風輪半徑的比值Cx-法向力系數(shù)Cy-切向力系數(shù)-風輪旋轉角速度，額定旋轉速度-葉素旋轉速度與主流風速比。-葉尖速比W-葉素合成流速r-葉片弦長實度M-葉片轉矩T-風輪軸向推力a-軸向誘導因子b-周向誘導因子8工作計劃及進度：第一章 緒論1.引言隨著化石能源的過渡消耗以及其對環(huán)境帶來的嚴重影響，風能憑其清潔、可循環(huán)利用等諸多優(yōu)點而越來越受到重視，各國都在積極開發(fā)利用本國的風能資源，中國也不例外。探索小型風力發(fā)電機復合材料葉片設計與制造方能源是人類社會發(fā)展的不竭動力，現(xiàn)今化石能源風力發(fā)電技術課程設計- 5 -的日益枯竭和其帶來的環(huán)境 污染問題成為困擾社會的兩大難題。破解迷局的重要方式之一是用清潔能源代替 傳統(tǒng)能源，而風力發(fā)電正是清潔能源中技術最成熟，價格最接近傳統(tǒng)火力發(fā)電的 新能源。風力發(fā)電在全球方興未艾，歐洲計劃在 2020 年使風力發(fā)電量達到總發(fā)電量的 12，其他各發(fā)達國家也正在大力發(fā)展風力發(fā)電。中國風能資源豐富，非 常適合發(fā)展風力發(fā)電技術。本文對占我國面積 50地域的風能可利用區(qū)進行了研 究，這里居住著我國絕大多數(shù)的貧困人口、農(nóng)牧民和邊防軍人，發(fā)展適合那里的 偏低風速風力發(fā)電技術可以改善生活條件和生存環(huán)境并且可以促進當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。風能可利用區(qū)大于 3ms 風速每年只有 20004000h，而如今的風能發(fā)電技 術都屬高風速技術，啟動風速較高，不適合在這一地區(qū)應用。要更高效的利用這 么廣大地域的風能只有發(fā)展新型適合偏低風速地域的風力發(fā)電技術，而葉片又是 風力發(fā)電機中最重要的單元。葉片設計的好壞決定了風力發(fā)電機的優(yōu)劣。 風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為 2.74109MW，其中可利用的風能為 2107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大 10 倍。風很早就被人們利用-主要是通過風車來抽水、磨面等，而現(xiàn)在，人們感興趣的是如何利用風來發(fā)電。 把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能，這就是風力發(fā)電。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度（微風的程度），便可以開始發(fā)電。風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發(fā)電不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。風力機空氣動力學課程設計是風能與動力工程專業(yè)中重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。通過該教學環(huán)節(jié)，使學生熟練掌握風力機葉片工作原理，并能夠通過結合動量葉素理論相關知識與給定的環(huán)境條件設計出工作葉片，鞏固和提高其風力機葉片設計及制造知識，樹立其理論知識指導設計的工作思想，加深其對現(xiàn)場生產(chǎn)實際的了解，培養(yǎng)其對工程技術問題嚴肅認真、負責的態(tài)度，為其以后從事實際工作打下堅實的基礎。2.設計任務簡述。（1）、課程設計的流程風力發(fā)電技術課程設計- 6 -（2）.概念設計內容a.葉輪直徑計算與設計b.額定風速與轉速的確定c.功率控制方式e.葉片性能分析與計算f.葉片造型的設計第二章 葉片設計理論1、葉素理論葉素理論的基本出發(fā)點是將風輪葉片沿展向分成許多微段，稱這些微段為葉素。假設在風力發(fā)電技術課程設計- 7 -每個葉素上的流動相互之間沒有干擾，即葉素可以看成是二維翼型，這時，將作用在每個葉素的力和力矩沿展向積分，就可以求得作用在風輪上的力和力矩。對每個葉素來說，其速度可以分解為垂直于風輪旋轉平面的分量 和平行風輪旋轉平面0yV的分量 ，速度三角形和空氣動力分量如圖 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 引起的作用在長度為 dr 葉素上的空氣動力 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；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，作用在風輪平面 dr 圓環(huán)上的軸向力可表示為（2-3）201cvndTBCdr式中 B-葉片數(shù)。作用在風輪平面 dr 圓環(huán)上