武漢大學葉片設(shè)計

1、武漢大學課 程 設(shè) 計設(shè)計題目： 風力機葉片的優(yōu)化設(shè)計 系 別 能動學院 班級 學生姓名 學號 12345678 指導(dǎo)教師 職稱 課程設(shè)計要求一、課程設(shè)計的目的和意義通過課程設(shè)計使學生能綜合運用所學基礎(chǔ)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(shè)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(wù)素質(zhì)、創(chuàng)新意識和團隊精神等。課程設(shè)計過程中，深化有關(guān)理論知識，擴大知識面，獲得閱讀文獻、調(diào)查研究、總結(jié)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(shè)計工作可以有效地檢驗“教”、“學”質(zhì)量。二、課程設(shè)

2、計對學生的要求1. 指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，學生在規(guī)定時間內(nèi)正確、相對獨立地完成一項給定任務(wù)的全過程，包括資料收集、調(diào)研、方案比較、數(shù)據(jù)采集與處理、計算與結(jié)果分析、總結(jié)提煉觀點、得出結(jié)論、繪制有關(guān)圖表、編寫設(shè)計報告、說明講解與回答問題、課程設(shè)計考核等。嚴禁以任何方式抄襲他人成果或網(wǎng)上相關(guān)文章，也不能請他人代替完成設(shè)計，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，課程設(shè)計成績按不及格處理。2. 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，學生在設(shè)計開始較短時間內(nèi)(1-2天)應(yīng)掌握所進行課程設(shè)計的內(nèi)容，包括：資料收集與準備、設(shè)計任務(wù)與思路、工作任務(wù)分解、各階段任務(wù)的時間分配、暫時存在的問題等。3. 設(shè)計過程中，學生應(yīng)主動向指導(dǎo)教師匯報工作進度和遇到的疑難問題，爭

3、取指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和監(jiān)督。指導(dǎo)教師會隨時進行指導(dǎo)，并抽查學生的設(shè)計進展情況。4. 學生應(yīng)嚴格遵守紀律。按指導(dǎo)教師要求，在規(guī)定時間、固定教室內(nèi)進行設(shè)計，如有特殊情況，應(yīng)及時告知指導(dǎo)教師，嚴格請假制度。5. 設(shè)計考核前學生需提交課程設(shè)計報告，設(shè)計報告應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范進行撰寫，并按指導(dǎo)教師要求整理、修改，及時上交。晚交設(shè)計報告，成績降檔處理；不交設(shè)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(shè)計成績：(1)沒有保證設(shè)計時間，缺席時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)計結(jié)果或直接照抄他人設(shè)計報告；(3)設(shè)計結(jié)果存在較大錯誤，經(jīng)指導(dǎo)教師指出而未修改；(4)設(shè)計結(jié)果

4、在書寫或其他方面未滿足規(guī)定的最低要求。三、課程設(shè)計考核1.課程設(shè)計的過程考核(1) 學生是否按設(shè)計任務(wù)書所提出的要求與時間，完成各階段所規(guī)定的任務(wù)。(2) 設(shè)計完成的質(zhì)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(shè)計所涉及的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識等。(4) 設(shè)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(shè)計草稿，設(shè)計結(jié)束當天進行答辯或筆試考核等。2.課程設(shè)計的成績評定指導(dǎo)教師評審(含設(shè)計草稿、答辯或筆試)： 60% 評閱教師評審(針對設(shè)計報告)： 40% 注：上述分項成績都達到及格線以上，總評成績

5、才能通過；某一項不及格，本次設(shè)計總評成績按不及格計。 武漢大學 風力機空氣動力學 課程設(shè)計成績評定表所在學院： 班級： 學生姓名： 指 導(dǎo) 教 師 評 審 意 見評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評 分加權(quán)分調(diào)研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設(shè)計方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認真，遵守紀律，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設(shè)計工作。0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，工作量飽滿，難度適宜。0.25432報告質(zhì)量設(shè)計報告立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理，文字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.55432指導(dǎo)教師評審成績（加權(quán)分合計乘

6、以12） 分加權(quán)分合計指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 年 月 日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評 分加權(quán)分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力。0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432設(shè)計報告質(zhì)量設(shè)計報告立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理，文字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.35432評閱教師評審成績（加權(quán)分合計乘以8）分加權(quán)分合計評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設(shè) 計 總 評 成 績分課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計主要任務(wù)1、根據(jù)設(shè)計條件，進行風力機風能利用系數(shù)的優(yōu)化。2、獲得風力機翼型葉片弦長、槳距角及

7、扭角等，確定優(yōu)化設(shè)計的風力機葉片。3、獨立撰寫一份設(shè)計報告，完成布置的設(shè)計計算任務(wù)，CAD繪制優(yōu)化設(shè)計的風力機翼型圖，手工繪制、及曲線等。要求設(shè)計報告字跡工整、公式準確、圖表及曲線等清晰。二、設(shè)計條件1、當?shù)氐娘L資源，如年平均風速： 10m/s 、平均風壓： 100kPa 、風溫：23 等；2、所設(shè)計的風力機出力，如額定功率： 1MW 等；3、優(yōu)化設(shè)計所選用的翼型相關(guān)性能，如基本尺寸及、等；4、風力機運行參數(shù)，如轉(zhuǎn)速： 30r/min 等；5、其他設(shè)計中需要給出的相關(guān)參數(shù)等。三、設(shè)計時間安排（共計1周）時 間設(shè)計主要內(nèi)容2015年1月12日 2015年1月13日指導(dǎo)教師講解設(shè)計任務(wù)，學生收集資

8、料，指導(dǎo)教師與學生討論、交流，形成設(shè)計思路及方案2015年1月13日 2015年1月14日根據(jù)設(shè)計條件，進行風力機風輪半徑及風能利用系數(shù)的確定2015年1月14日 2015年1月15日獲得風力機翼型葉片弦長、槳距角及扭角等，確定優(yōu)化設(shè)計的風力機葉片2015年1月15日 2015年1月16日手工繪制、及曲線，CAD繪制優(yōu)化設(shè)計風力機翼型圖等2015年1月16日 2014年1月16日整理、撰寫設(shè)計報告，進行本次設(shè)計答辯、總結(jié)等五、主要參考資料1 何顯富、盧霞等 主編，風力機設(shè)計、制造與運行. 北京：化學工業(yè)出版社，20092 姚興佳、宋俊 主編，風力發(fā)電機組原理及應(yīng)用(第2版). 北京：機械工業(yè)出

9、版社，20093 芮曉明等 主編，風力發(fā)電機組設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，20104 吳雙群 主編，風力機空氣動力學. 北京：北京大學出版社，20095 葉杭冶 主編，風力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計、運行與維護. 北京：電子工業(yè)出版社，20106 CAD繪圖的相關(guān)資料及其他風力發(fā)電相關(guān)書籍、技術(shù)文章等前 言目前，我國現(xiàn)有電力裝機約4億千瓦。常規(guī)能源占絕大部分，其中煤供電約占80%，水能供電約占15%。但是常規(guī)能源面臨發(fā)展瓶頸：煤炭，有一定的污染，同時由于運輸問題，必將造成鐵路運輸?shù)娜婢o張，甚至不堪重負。石油和天然氣，嚴重問題是石油資源不足。水能，大力開發(fā)水電資源這是當前的奮斗方向，也許我國的水電開發(fā)可

10、以更快一些，但最終將受到資源的制約。核能問題和石油相似，關(guān)鍵是我國天然鈾資源短缺。世界能源結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了一次大的變革，即從煤炭、石油、天然氣為主的能源系統(tǒng)，開始轉(zhuǎn)向以風能、太陽能、水能等可再生能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)，其中，風能是一種清潔的可再生能源，與傳統(tǒng)能源相比，風力發(fā)電不依賴礦物能源，沒有燃料價格風險，發(fā)電成本穩(wěn)定，也沒有包括碳排放等環(huán)境成本。此外，可利用的風能在全球范圍內(nèi)分布都很廣泛，是一種儲量大、分布廣、潔凈且最有開發(fā)價值的自然能源。在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，它有其他能源所不能替代的優(yōu)勢，風能技術(shù)包括發(fā)電、提水、致熱、助航等多種技術(shù)。其中風力發(fā)電具有建設(shè)周期短、裝機規(guī)模靈活、不消

11、耗燃料、不污染環(huán)境、不淹沒土地等優(yōu)點，被世界各國優(yōu)先采用。在全球范圍內(nèi)，風力發(fā)電已形成產(chǎn)值超過50億美元的產(chǎn)業(yè)。正是因為有這些獨特的優(yōu)勢，風力發(fā)電逐漸成為許多國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，發(fā)展十分迅速。 葉片設(shè)計要求不僅需要參考和選用設(shè)計標準，還應(yīng)考慮風電機組的具體安裝和使用情況，葉片的設(shè)計標準需要根據(jù)總體設(shè)計方案，結(jié)合具體的技術(shù)要求，通過系統(tǒng)的啟動設(shè)計和結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)目標設(shè)計。目 錄課程設(shè)計任務(wù)書-I前言- -II第一部分 概述- -1第一節(jié) 風力發(fā)電的意義及應(yīng)用-1第二節(jié) 風力機翼型葉片優(yōu)化設(shè)計的重要性-2第三節(jié) 葉片設(shè)計主要方法介紹- 3第二部分 風力機風能利用系數(shù)的優(yōu)化- 4第一節(jié) 理

12、論基礎(chǔ)及計算思路簡述-4第二節(jié) 風輪半徑、旋轉(zhuǎn)角速度及葉尖速比- 5第三節(jié) 軸向誘導(dǎo)因子及切向誘導(dǎo)因子- 6第四節(jié) 葉片入流角-9第五節(jié) 普朗特葉尖損失因子-10第六節(jié) 風能利用系數(shù)的優(yōu)化校驗-11第七節(jié) 本部分設(shè)計小結(jié)-12第三部分 風力機葉片主要翼型-13第一節(jié) 風力機葉片主要翼型- 13第二節(jié) 設(shè)計所選用翼型簡介- 14第四部分 風力機葉片扭角及翼型弦長的優(yōu)化-16第一節(jié) 最佳基準攻角的確定-16第二節(jié) 槳距角及葉片扭角的確定-17第三節(jié) 葉片弦長的優(yōu)化計算-18第四節(jié) 本部分設(shè)計小結(jié)- 21后記- 22參考文獻-23附錄- 24- 課程設(shè)計第一部分概 述本部分內(nèi)容 主要介紹風力發(fā)電的意

13、義、應(yīng)用，風力機葉片翼型優(yōu)化設(shè)計的重要性，以及本次設(shè)計所采用的主要方法等。第一節(jié)風力發(fā)電的意義及應(yīng)用 經(jīng)濟、能源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展是實現(xiàn)國家現(xiàn)代化目標的必要條件。隨著全球氣候變暖與化石能源的不斷消耗及其對環(huán)境的影響問題，其他能源的開發(fā)越來越受到重視，如核能、地熱能、風能、水能等新能源及生物質(zhì)能、氫能的二次能源的開發(fā)應(yīng)用也日益發(fā)展起來。而在這些新興的能源種類中，核能的核廢料處理相當困難，并且其日污染相比火電廠更為嚴重，同時需要相當嚴密的監(jiān)管控制能力以防止其泄露而產(chǎn)生不可估量的破壞，國際上這些例子也是相當多的。而地熱能的開發(fā)勢必要依賴與高科技，在當今對地熱開發(fā)利用還不完善的現(xiàn)狀下，更是難以做到，并且

14、其開發(fā)對地表的影響也相當大。而風能則作為太陽能的轉(zhuǎn)換形式之一，它是取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源，不產(chǎn)生任何有害氣體和廢料，不污染環(huán)境。海上，陸地可利用開發(fā)的可達2×1010kW，遠遠高于地球水能的利用，風能的發(fā)展?jié)摿薮?，前景廣闊。 自20世紀70年代中期以來，世界主要發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家都在加緊對風能的開發(fā)和利用，減少二氧化碳等溫室氣體的排放，保護人類賴以生存的地球。風力發(fā)電技術(shù)相對太陽能、生物質(zhì)等可再生能源技術(shù)更為方便，成本更低，對環(huán)境破環(huán)更小，作為清潔能源的主要利用方式而飛速發(fā)展，且日益規(guī)?；?。風力發(fā)電得到了越來越多的青睞。第二節(jié)風力機葉片翼型優(yōu)化設(shè)計的重要性設(shè)計優(yōu)良

15、的葉片是使風力發(fā)電機獲得最大風能利用系數(shù)和良好經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)。葉型的氣動性能選擇和新葉型的應(yīng)用是當前大功率葉片設(shè)計研究的重要內(nèi)容。目前,風電機領(lǐng)域使用的葉片葉型主要有兩大類。一類是選用低速航空葉型,另一類是風電機專用葉型。大功率定槳距葉片設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先選擇風電機專用葉型,變槳距葉片選用氣動特性優(yōu)良的NACA、DU系列葉型。 在風力發(fā)電機中葉片的設(shè)計直接影響風能的轉(zhuǎn)換效率，直接影響其年發(fā)電量，是風能利用的重要一環(huán)。本文主要是設(shè)計氣動性能較好的翼型與葉片并進行氣動分析。而翼型作為葉片的氣動外形，直接影響葉片對風能的利用率?，F(xiàn)在翼型的選擇有很多種，NACA4412系列翼型的優(yōu)點是在設(shè)計工況下具有較高的

16、升力系數(shù)和升阻比，并且在非設(shè)計工況下具有良好的失速性能。葉片的氣動設(shè)計方法主要有依據(jù)貝茨理論的簡化設(shè)計方法，葛老渥方法與維爾森方法。簡化的設(shè)計方法未考慮渦流損失等因素的影響，一般只用于初步的氣動方案的設(shè)計過程；葛老渥方法則忽略了葉尖損失與升阻比對葉片性能的影響，同時在非設(shè)計狀態(tài)下的氣動性能也并未考慮；維爾森方法則較為全面是現(xiàn)今常用的葉片氣動外形設(shè)計方法。本文通過相關(guān)的葉片設(shè)計理論結(jié)合相關(guān)軟件來設(shè)計并簡單的優(yōu)化葉片。 主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第三節(jié)葉片設(shè)計主要方法介紹本節(jié)要求 列出風力機葉片設(shè)計的一些方法，特別指出本次設(shè)計所采用的主要方法等。 風力機葉片的設(shè)計方法有貝茲理論，基于葉素動量理論的

17、格勞沃特的設(shè)計方法以及引用了修正系數(shù)F(r)的Wilson的設(shè)計方法，其中貝茲理論最為基礎(chǔ)但沒有考慮葉片損失，而格勞沃特的理論方法則考慮了渦旋損失，Wilson引入普朗特葉尖損失又進一步考慮了葉尖損失，更加精確，除此之外，在計算最佳風能利用系數(shù)Cp時，采用Excel試算出。本次設(shè)計所采用的主要方法:1. 將葉片分成10段，分段積分，優(yōu)化CP。2. Excel計算a與a以及試算法減少Cp的相對誤差。3. 基于葉素動量理論（格勞沃特，Wilson理論）4. 貝茲理論。主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第二部分風力機風能利用系數(shù)的優(yōu)化本部分內(nèi)容 根據(jù)設(shè)計條件，初步確定所設(shè)計風力機的風輪半徑，并進行風能利用系

18、數(shù)的優(yōu)化等。第一節(jié)理論基礎(chǔ)及計算思路簡述基于動量-葉素理論，采用試算法：采用分段計算代替實際積分。 葉片半徑方向分段：如將R分成10段，每段0.1R，即取中心位置計算00.1 R，0.1R0.2R，0.2R0.3R,再對Wilson理論的積分公式進行數(shù)值處理，即分段求和。主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第二節(jié)風輪半徑、旋轉(zhuǎn)角速度及葉尖速比本節(jié)要求 利用相應(yīng)的計算式，初步確定所設(shè)計風力機的風輪半徑、旋轉(zhuǎn)角速度及葉尖速比等；對所列公式進行“標號”，并對公式中相關(guān)物理量進行“說明”。2.2.1 初步確定風輪半徑R。(2-1)(2-2) 。假設(shè)Cp為0.52，已知P=1000KW，=10m/s。可求R=。其

19、中：風能利用系數(shù)，先進行假設(shè)；風密度，(完全氣體的克拉柏隆方程)，kg/m3 (給出)；風力機來流風速，m/s (給出)。2.2.2 確定風力機的旋轉(zhuǎn)角速度及葉尖速比(1) （2-3）(2) 其中，n風力機轉(zhuǎn)速，r/min (給出)。主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第三節(jié)軸向誘導(dǎo)因子及切向誘導(dǎo)因子本節(jié)要求 列出風能利用系數(shù)優(yōu)化所得的相關(guān)計算式，并采用適當?shù)挠嬎惴椒ǎ@得風力機的軸向誘導(dǎo)因子及切向誘導(dǎo)因子等；對所列公式進行“標號”，并對公式中相關(guān)物理量進行“說明”。2.3葉片半徑方向分段：如將R分成10段，每段0.1R，即取中心位置計算00.1R、0.1R0.2R、0.2R0.3R (Wilson理論

20、)將上述積分進行數(shù)值處理，即分段求和計算： 取中心位置計算聯(lián)立軸向誘導(dǎo)因子、切向誘導(dǎo)因子的關(guān)系式： (3-1) (時的關(guān)系最佳值) (3-2)其中，局部葉尖速比，本段計算中。1) 先聯(lián)立式(3-1)和式(3-2)得： (3-3)令 (3-4)2) 采用Excel利用式(3-3)、(3-4)計算軸向誘導(dǎo)因子a，并進一步利用式(3-2)獲得切向誘導(dǎo)因子。(1)。(2)同理可知，當取0.1R0.2R段時，取中心值0.15R計算。，。（3）當取0.2R0.3R段時，取中心值0.25R計算。，。（4）當取0.3R0.4R段時，取中心值0.35R計算。，。（5）當取0.4R0.5R段時，取中心值0.45R

21、計算。，。（6）當取0.5R0.6R段時，取中心值0.55R計算。，。（7）當取0.6R0.7R段時，取中心值0.65R計算。，。（8）當取0.7R0.8R段時，取中心值0.75R計算。，。（9）當取0.8R0.9R段時，取中心值0.85R計算。，。（10）當取0.9RR段時，取中心值0.95R計算。，。段數(shù)12345678910r1.64.8811.214.417.620.82427.230.4主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第四節(jié)葉片入流角本節(jié)要求 利用相應(yīng)的計算式，獲得葉片各計算段的入流角等；對所列公式進行“標號”，并對公式中相關(guān)物理量進行“說明”。2.4計算入流角： 。 。41.55921.

22、89614.22410.52658.2196.7755.735.50274.4133.9747主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源 第五節(jié)普朗特葉尖損失因子本節(jié)要求 利用相應(yīng)的計算式，獲得葉片各計算段的普朗特葉尖損失因子等；對所列公式進行“標號”，并對公式中相關(guān)物理量進行“說明”。計算普朗特葉尖損失因子： （3.5-1）其中， （3.5-2）Z風力機葉片數(shù)，一般取Z=3。 0.9999981234567891042.96022.79218.31315.24812.82410.8248.0845.70533.4401.138911110.9999980.9999810.9998040.9978810.97

23、95860.792529主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第六節(jié)風能利用系數(shù)的優(yōu)化校驗本節(jié)要求 獲得葉片各計算段的風能利用系數(shù)，并與之前的假設(shè)值相比較，應(yīng)滿足一定的精度要求，否則需重復(fù)“第二節(jié)至第六節(jié)”的步驟等；手工繪制曲線，作為附錄內(nèi)容；對所列公式進行“標號”，并對公式中相關(guān)物理量進行“說明”。確定風能利用系數(shù)：，如：對于00.1R段有，=0.00353一直計算10段，分別獲得10段的風能利用系數(shù)。0.01490.026390.038010.0488980.0601150.0709770.0826430.0914260.083195然后，計算各段的風能利用系數(shù)之和，即=0.52014、計算所得的風能

24、利用系數(shù)與之前所假設(shè)的值相比較，考察其誤差，如果相對誤差小于1%，認為上述計算有效，從而獲得本次設(shè)計的風力機風輪半徑R及風能利用系數(shù)相對誤差=100%=0.19%<1%。上述計算有效，從而獲得本次設(shè)計的風力機風輪半徑R=32m及風能利用系數(shù)=0.5201。主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第七節(jié)本部分設(shè)計小結(jié)本節(jié)要求 以表格形式列出本部分設(shè)計的主要指標等，表格要求符合規(guī)范：要有“表頭”，并采用所謂的“三線表”等。表7-5 葉片不同位置處各個參數(shù)的變化分段葉尖速比入流角角度值軸向誘導(dǎo)因子a切向誘導(dǎo)因子a'fFcp0.050.502441.559670270.2989233340.52750

25、900742.9605310.00350.151.507221.896927970.324707860.08659202522.7919910.0149440.252.51214.224458220.3297926340.03328032518.3134410.026390.353.516810.526515580.3314319590.01751192815.2482710.0380110.454.52168.219148920.3321707530.01061125812.824130.9999980.0488980.555.52646.775554510.3325464680.00714

26、929710.402350.9999810.0601150.656.53125.7343356310.3327686980.0051163878.083710.9998040.0709770.757.5365.0276504720.3329037480.0038863055.7053860.9978810.0826430.858.54084.4130918780.3330003330.003009033.4401130.9795860.0914260.959.54563.9747082020.3330648230.0024244071.1389470.7925290.0831950.5201第

27、三部分風力機葉片主要翼型本部分內(nèi)容 簡要介紹風力機葉片的主要翼型，列出其型號及翼型示意圖、主要數(shù)據(jù)等。特別指出本次設(shè)計所選用的翼型及其優(yōu)缺點等。第一節(jié)風力機葉片的主要翼型第二節(jié)設(shè)計所選用翼型簡介本節(jié)要求 指出本次設(shè)計所選用的翼型，強調(diào)其優(yōu)缺點等；列出其示意圖、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及相關(guān)性能曲線等。32本次設(shè)計所選用的翼型為NACA4412。3.2.1 NACA4412代表的含義是： NACA：美國航空咨詢委員會。 第一個數(shù)字4：最大彎度4%。 第二個數(shù)字4：最大彎度相對位置40%。 12：最大相對厚度12%。3.2.2 NACA翼型的優(yōu)點： 具有較高的升阻比特性，對葉片優(yōu)化設(shè)計比較成熟，具有充分的代表性。

28、3.2.3 NACA4412翼型的特點： （1）翼型上方和下方全流速度不同。 （2）翼型上方和下方所受的壓力不同。 （3）NACA4412負壓區(qū)主要集中在翼型上表面中部。 （4）NACA4412下表面靜壓大多在0Pa左右。3.2.4 NACA翼型的相關(guān)性能曲線。 主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第四部分風力機葉片扭角及翼型弦長的優(yōu)化本部分內(nèi)容 利用某種優(yōu)化原則和設(shè)計方法，主要獲得葉片翼型的攻角、槳距角及弦長等隨葉片半徑的變化規(guī)律。第一節(jié)最佳基準攻角的確定41、最佳攻角的確定根據(jù)葉片翼型最大升阻比來確定最佳攻角。本次設(shè)計在整個葉片半徑取同一最佳攻角，考慮葉片扭角后，可獲得葉片不同半徑處翼型的實際攻角，

29、即1) 本次設(shè)計所選用的葉片翼型及其性能曲線已在第三部分給出。列出所選翼型的、等曲線。查性能曲線可得，在最大升阻比時的攻角。主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第二節(jié)槳距角及葉片扭角的確定本節(jié)要求 利用所選用翼型的相關(guān)性能曲線，計算葉片各計算段扭角，并獲得翼型實際攻角等；手工繪制曲線，作為附錄內(nèi)容；對所列公式進行“標號”，并對公式中相關(guān)物理量進行“說明”。4.12 槳矩角的確定。風力機葉片不同半徑處翼型的入流角已在第二部分確定，進一步計算槳距角，即14.89697.22453.52651.2191-0.2245-1.2657-1.9723-2.5869-3.02533) 扭角的確定以葉尖處槳距角為基準，

30、葉片各段槳距角與其之差，即得不同半徑處葉片扭角，即 扭角確定后，可認為不同半徑處的翼型攻角為： 其中，葉尖處扭角。= =37.2519=11.5869 r1234567891034.559714.89697.22443.526511.21914-0.22445-1.26566-1.97235-2.58691-3.0252944.251824.589116.916613.218710.91139.46778.42657.71987.10527主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第三節(jié)葉片弦長的優(yōu)化計算本節(jié)要求 利用相應(yīng)的風力機葉片弦長優(yōu)化理論，獲得葉片各計算段的弦長變化規(guī)律；手工繪制曲線，作為附錄內(nèi)容；對

31、所列公式進行“標號”，并對公式中相關(guān)物理量進行“說明”。43.1、最佳弦長的確定1) 理論基礎(chǔ)根據(jù)風力機的葉素-動量理論，可得： (4-1) (4-2)其中，葉片局部實度，；、Lilenthal氣動系數(shù)，前者為軸向氣動系數(shù)；后者為切向氣動系數(shù)，即軸向誘導(dǎo)因子及切向誘導(dǎo)因子。聯(lián)立式(4-1)與式(4-2)，并結(jié)合最大風能利用系數(shù)時的關(guān)系式，即)同時按阻力損失最小，即取考慮，進一步可得出葉片不同半徑處的弦長表達式為：考慮葉尖損失，即將普朗特葉尖損失因子補充進去，可得出： (4-3)按式(4-3)即可計算出不同半徑處的弦長。2) 獲得升力系數(shù)：根據(jù)葉片翼型性能曲線可查得不同半徑翼型所處攻角下升力系數(shù)

32、。其中，攻角取為不同半徑處的實際攻角，即；普朗特葉尖損失因子、軸向誘導(dǎo)因子、入流角前面已獲得；葉片數(shù)。表4.3-112345678910090.90.90.90.959.81.031.051.0314.4.2 計算弦長： 。=3.7349.同理：3.22042.28241.7544=1.3042=1.05070.8464=0.73590.64910.5305獲得葉片扭角及弦長的變化規(guī)律。表4.3-2分段扭角弦長0.0537.251870273.7349550.1517.589127973.2204090.259.9166582232.2824790.356.2187155841.7544710

33、.453.911348921.3042610.552.467754511.050740.651.4265356310.8464810.750.7198504720.7359570.850.1052918780.6490630.9500.530471主要計算結(jié)果、引用數(shù)據(jù)來源第四節(jié)本部分設(shè)計小結(jié)本節(jié)要求 以表格形式列出本部分設(shè)計的主要指標等，表格要求符合規(guī)范：要有“表頭”，并采用所謂的“三線表”等。葉片不同位置處的扭角，升力系數(shù)及弦長的變化。表4.3-3分段扭角升力系數(shù)弦長0.0537.251870270.93.7349550.1517.589127970.93.2204090.259.9166

34、582230.92.2824790.356.2187155840.91.7544710.453.911348920.951.3042610.552.467754510.981.050740.651.4265356311.030.8464810.750.7198504721.050.7359570.850.1052918781.030.6490630.9501.010.530471后 記(總結(jié)) 為期一周的課程設(shè)計結(jié)束了。在這段時間的學習中，我收獲了很多，也找到了自己身上的不足。這次的課程設(shè)計，不僅檢驗了之前所學的知識，也培養(yǎng)了我們?nèi)绾稳ヒ?guī)劃一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計

35、過程中，與同學分工合作，相互探討、相互學習、相互監(jiān)督，不僅僅學會了協(xié)作，學會了寬容，更學會了理解。 風電作為一個有富有特色的專業(yè)，風力機組是我們要深入學習的，從葉片設(shè)計的的資料收集到葉片弦長的計算，再到扭角計算程序的編寫；從葉片葉素的繪制到葉片三維仿真的制作，我深入地了解到了葉片從計算到制作的各個過程，而原本學到的風力機空氣動力學知識，也在這次的課程設(shè)計中得到實踐。通過這次課程設(shè)計，讓我們將理論聯(lián)系到實踐，開始真正地融入新能源這個行業(yè)。 這一周過得緊張而又充實，非常感激學校、老師提供的寶貴資源與大力的支持，我在課程設(shè)計中收獲很多，學習到了課本中難以把握的工程實際知識，鍛煉了實際操作軟件與動手能

36、力，提高了自身的專業(yè)素質(zhì)，對風力機空氣動力學原理與風力機葉片設(shè)計制造有了具體、深入的認識。風力機空氣動力學課程設(shè)計中，我還體會到一些做人做事的道理，如團隊意識與組織協(xié)調(diào)，專心、細心、耐心這些只有在活動中才能感悟到其重要性的東西。主要參考資料1 何顯富、盧霞等 主編，風力機設(shè)計、制造與運行. 北京：化學工業(yè)出版社，20092 姚興生、宋俊等 主編，風力發(fā)電機組原理及應(yīng)用（第二版）. 北京：機械工業(yè)出版社，20093 吳雙群 主編，風力發(fā)電機空氣動力學. 北京：北京大學出版社，20094 葉杭治 主編，風力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計、運行及維護. 北京：電子工業(yè)出版社，2010 5 列魁敏 主編，機械制圖及計

37、算機繪圖. 北京：機械工業(yè)出版社，20056 苗曉明等 主編 風力發(fā)電機組的設(shè)計. 北京：機械大學出版社，2009附 錄本部分內(nèi)容及要求 1、CAD繪制所設(shè)計的風力機葉片翼型圖。2、手工繪制風能利用系數(shù)、葉片扭角及弦長隨半徑變化曲線(、及曲線)。3、制圖及曲線繪制基本要求：(1) 按機械制圖標準繪制，包括標注、線條、圓弧、剖面線及制圖說明等。(2) 制圖及曲線等需要保持清潔，不能隨意勾畫。 附錄：用Excel制作表格結(jié)果如下：半徑葉尖速比入流角弧度值分段入流角角度值a1a2G11.60.50240.7253530820.0541.559670270.30.29-0.068994.81.5072

38、0.3821734890.1521.896927970.3250.308-0.0439982.5120.248263630.2514.224458220.330.32-0.0537711.23.51680.1837223560.3510.526515580.33150.326-0.0284414.44.52160.143451210.458.219148920.33230.3282-0.0828717.65.52640.1182557350.556.775554510.332650.3298-0.0945120.86.53120.1000830370.655.7343356310.33290.3307-0.16279247.5360.0877490540.755.0276504720.33330.3328-0.615552