風(fēng)力機(jī)的基本參數(shù)與理論

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪系統(tǒng)2.1.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的基本概念1、風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的幾何定義（ 1） 翼 型的幾何參數(shù)翼型翼型本是來自航空動(dòng)力學(xué)的名詞，是機(jī)翼剖面的形狀，風(fēng)力機(jī)的葉片都是采用機(jī)翼或類似機(jī)翼的翼型，與翼型上表面和下表面距離相等的曲線稱為中弧線。下面是翼型的幾何參數(shù)圖1 ）前緣、后緣翼型中弧線的最前點(diǎn)稱為翼型的前緣，最后點(diǎn)稱為翼型的后緣。2）弦線、弦長連接前緣與后緣的直線稱為弦線；其長度稱為弦長，用 c 表示。 弦長是很重要的數(shù)據(jù)，翼型上的所有尺寸數(shù)據(jù)都是弦長的相對值。3）最大彎度、最大彎度位置中弧線在y 坐標(biāo)最大值稱為最大彎度，用f 表示，簡稱彎度；最大彎度點(diǎn)的x 坐標(biāo)稱為最大彎度位置

2、，用xf 表示。4）最大厚度、最大厚度位置上下翼面在y 坐標(biāo)上的最大距離稱為翼型的最大厚度，簡稱厚度，用t 表示；最大厚度點(diǎn)的 x 坐標(biāo)稱為最大厚度位置，用xt 表示。5）前緣半徑翼型前緣為一圓弧，該圓弧半徑稱為前緣半徑，用r1 表示。6）后緣角翼型后緣上下兩弧線切線的夾角稱為后緣角，用P表示。7）中弧線翼型內(nèi)切圓圓心的連線。對稱翼型的中弧線與翼弦重合。8）上翼面凸出的翼型表面。9）下翼面平緩的翼型表面。（ 2） 風(fēng) 輪的幾何參數(shù)1 ）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的掃風(fēng)面積風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)掃過的面積在垂直于風(fēng)向的投影面積是風(fēng)力機(jī)截留風(fēng)能的面積，稱為風(fēng)力機(jī)的掃掠面積，下圖是一個(gè)三葉片水平軸風(fēng)力機(jī)的掃掠面積示意圖。下圖是一

3、個(gè)四葉片的H 型升力垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的掃掠面積示意圖。根據(jù)前面兩表可由所需發(fā)電功率估算出風(fēng)力機(jī)所需的掃風(fēng)面積，例如200W勺升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作風(fēng)速為6m/s， 全效率按25%計(jì)算所需掃風(fēng)面積約為6.2m2, 如果工作風(fēng)速為10m/s則所需掃風(fēng)面積約為1.4m2即可；例如10kW勺升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作風(fēng)速為 10m/s,全效率按30%十算所需掃風(fēng)面積約為56m,如果工作風(fēng)速為13m/s則所需掃風(fēng)面積約 為25吊即可。按高風(fēng)速設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)體積小成本相對低些，但必須用在高風(fēng)速環(huán)境，例如把 一臺(tái)設(shè)計(jì)風(fēng)速為10m/s 的風(fēng)力機(jī)放在風(fēng)速為6m/s 的環(huán)境工作，其功率會(huì)下降80%；按風(fēng)速6m/

4、s 設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪會(huì)很大，雖在6m/s 時(shí)運(yùn)行很好，但遇大風(fēng)易超速損壞電機(jī)，為抗強(qiáng)風(fēng)時(shí)需增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度使成本大大增加。2）風(fēng)輪軸線：風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸線3）旋轉(zhuǎn)平面：與風(fēng)輪軸垂直，葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)的平面4）風(fēng)輪直徑：風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)平面上的投影圓的直徑5）風(fēng)輪中心高：風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心到基礎(chǔ)平面的垂直距離6）風(fēng)輪錐角：葉片相對于和旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面的傾斜角7）風(fēng)輪仰角：風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸線和水平面的夾角8）葉片的軸線：葉片縱向軸線，繞其可以改變?nèi)~片相對于旋轉(zhuǎn)平面的偏轉(zhuǎn)角（安裝角）9）風(fēng)輪翼型：葉片與半徑r 并以風(fēng)輪軸為軸線的圓柱相交的截面10）安裝角或漿距角：葉片徑向位置葉片翼型弦線與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面間的夾角2、流線概念氣體

5、質(zhì)點(diǎn)：體積無限小的具有質(zhì)量和速度的流體微團(tuán)。流線：在某一瞬時(shí)沿著流場中各氣體質(zhì)點(diǎn)的速度方向連成的一條平滑曲線。描述了該時(shí)刻各氣體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向：切線方向。一般情況下，各流線彼此不會(huì)相交。流場中眾多流線的集合稱為流線簇。如圖所示繞過障礙物的流線當(dāng)流體繞過障礙物時(shí)，流線形狀會(huì)改變，其形狀取決于所繞過的障礙物的形狀。物體在空氣中運(yùn)動(dòng)或者空氣流過物體時(shí)，物體將受到空氣的作用力，稱為空氣動(dòng)力。通?？諝鈩?dòng)力由兩部分組成：一部分是由于氣流繞物體流動(dòng)時(shí)，在物體表面處的流動(dòng)速度發(fā)生變化，引起氣流壓力的變化，即物體表面各處氣流的速度與壓力不同，從而對物體產(chǎn)生合成的壓力；另一部分是由于氣流繞物體流動(dòng)時(shí)，在物體附面層

6、內(nèi)由于氣流粘性作用產(chǎn)生的摩擦力。將整個(gè)物體表面這些力合成起來便得到一個(gè)合力，這個(gè)合力即為空氣動(dòng)力。風(fēng)輪葉片是風(fēng)力機(jī)最重要的部件之一。它的平面形狀與剖面幾何形狀和風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力特性密切相關(guān)，特別是剖面幾何形狀即翼型氣動(dòng)特性的好壞，將直接影響風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)。氣流繞風(fēng)輪葉片的流動(dòng)比較復(fù)雜，是一個(gè)空間的三元流動(dòng)。當(dāng)葉片長度與其翼型弦長之比展弦比較大時(shí)，可以忽略氣流的展向流動(dòng)，而把氣流繞葉片的流動(dòng)簡化為繞許多段葉片元即葉素的流動(dòng)，葉素之間互相沒有干涉。當(dāng)每個(gè)葉素的展向長度趨向無窮小時(shí)，葉素就成了翼型，空氣繞葉素的流動(dòng)就成了繞翼型的流動(dòng)，也就成了二元流動(dòng)或平面流動(dòng)。3、升力與阻力風(fēng)就是流動(dòng)的空氣，一

7、塊薄平板放在流動(dòng)的空氣中會(huì)受到氣流對它的作用力，我們把這個(gè)力分解為阻力與升力。圖中F 是平板受到的作用力，D 為阻力， L 為升力。阻力與氣流方向平行，升力與氣流方向垂直。我們先分析一下平板與氣流方向垂直時(shí)的情況，此時(shí)平板受到的阻力最大，升力為零。當(dāng)平板靜止時(shí)，阻力雖大但并未對平板做功；當(dāng)平板在阻力作用下運(yùn)動(dòng)，氣流才對平板做功；如果平板運(yùn)動(dòng)速度方向與氣流相同，氣流相對平板速度為零，則阻力為零，氣流也沒有對平板做功。一般說來受阻力運(yùn)動(dòng)的平板當(dāng)速度是氣流速度的20%至 50%時(shí)能獲得較大的功率。當(dāng)平板與氣當(dāng)平板與氣流方向平行時(shí)，平板受到的作用力為零（阻力與升力都為零） 流方向有夾角時(shí)，在平板的向風(fēng)

8、面會(huì)受到氣流的壓力，在平板的下風(fēng)面會(huì)形成低壓區(qū)，平板兩面的壓差就產(chǎn)生了側(cè)向作用力 F,該力可分解為阻力 D與升力L。當(dāng)夾角較小時(shí)，平板受到的阻力 D較??；此時(shí)平板受到的作用力主要是升力L。截面為流線型的飛機(jī)翼片阻力很小，即使與氣流方向平行也會(huì)有升力，因?yàn)橐砥媳砻鎻澢?，下表面平直，翼片上方氣流速度比下方快，跟?jù)流體力學(xué)的伯努利原理（ 丹尼爾伯努利在 1726 年首先提出時(shí)的內(nèi)容就是：在水流或氣流里，如果速度小，壓強(qiáng)就大，如果速度大，壓強(qiáng)就小。），上方氣體壓強(qiáng)比下方小，翼片就受到向上的升力作用。當(dāng)翼片與氣流方向有夾角（該角稱攻角或迎角）時(shí)，隨攻角增加升力會(huì)增大，阻力也會(huì)增大，平衡這一利弊，一般說

9、來攻角為8 至 15 度較好。超過15 度后翼片上方氣流會(huì)發(fā)生分離，產(chǎn)生渦流，升力會(huì)迅速下降，阻力會(huì)急劇上升，這一現(xiàn)象稱為失速。風(fēng)力發(fā)電用風(fēng)力機(jī)有阻力型與升力型兩種，水平軸風(fēng)力機(jī)基本都是升力型，垂直軸風(fēng)力機(jī)有多種阻力型結(jié)構(gòu)，也有是升力型結(jié)構(gòu)。3、壓力中心正常工作的翼片受到下方的氣流壓力與上方氣流的吸力，這些力可用一個(gè)合力來表示，該力與弦線（翼片前緣與后緣的連線）的交點(diǎn)即為翼片的壓力中心。對稱翼型在不失速狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，壓力中心在離葉片前緣1/4 葉片弦長位置；運(yùn)行在不失速狀態(tài)下的非對稱翼型，在較大攻角時(shí)壓力中心在離葉片前緣1/4 葉片弦長位置，在小攻角時(shí)壓力中心會(huì)沿葉片弦長向后移。4、雷諾數(shù)雷諾

10、數(shù)是衡量作用于流體上的慣性力與粘性力相對大小的一個(gè)無量綱參數(shù)，雷諾數(shù)用Re表示，Re= v l p /仙式中p 流體密度；v流場中的特征速度；l 特征長度；小一一流體的粘度， 流體的粘度主要隨溫度變化，空氣的粘度隨氣溫升高加大；而液體則相反，溫度升高粘度減小。定義丫為流體的運(yùn)動(dòng)粘度，、="/ ° 于是 Re二6/ 丫在研究翼型的氣動(dòng)特性時(shí)，v 取翼型的運(yùn)動(dòng)速度，l 取翼型的弦長，得到的就是該翼型的雷諾數(shù)。雷諾數(shù)對翼型氣動(dòng)特性影響較大，一般翼型的失速迎角隨雷諾數(shù)的增大而增大、最大升力系數(shù)也隨失速攻角的增大而增大。5、失速當(dāng)翼片運(yùn)行較小迎角時(shí)，翼片處在正常升力狀態(tài)，翼片上方與下

11、方的氣流都是平順的附著翼型表面流過，見下圖中的 A圖，此時(shí)有較大的升力且阻力很小。如果將翼片迎角變大，當(dāng)超過某個(gè)臨界角度時(shí)，翼片上表面氣流會(huì)發(fā)生分離，不再附著翼型表面流過，翼型上方會(huì)產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致阻力急劇上升而升力下降，這種情況稱為失速。見下圖中的B 圖。發(fā)生轉(zhuǎn)變的臨界角度稱之為臨界迎角或失速迎角，對于不同的翼型失速迎角也不同，普通翼型多在10 度至 15 度，一般薄翼型失速迎角稍小，厚翼型失速迎角要大一些；對于同一個(gè)翼型影響失速迎角的是翼片運(yùn)行時(shí)的雷諾數(shù)與翼片的光潔度。6、相對風(fēng)速風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)動(dòng)時(shí)所感受到的風(fēng)速是外來風(fēng)速與葉片運(yùn)動(dòng)速度的合成速度，稱為相對風(fēng)速。下圖是一個(gè)風(fēng)力機(jī)的葉片截面，當(dāng)葉

12、片運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉片感受到的相對風(fēng)速為Wi,它是葉片的線速度（矢量）u-與風(fēng)進(jìn)葉輪前的速度（矢量）V-的合成矢量w =u7十V-相對風(fēng)速與葉片弦線之間的夾角就是葉片的攻角a2.1.2 風(fēng)力機(jī)基本理論1 、貝茲極限風(fēng)能就是空氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，風(fēng)在通過風(fēng)輪時(shí)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，把它的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的能量，但經(jīng)過風(fēng)輪做功后的風(fēng)速不會(huì)為零，僅僅是減小，故風(fēng)只能把一部分能量轉(zhuǎn)交給風(fēng)輪。那么風(fēng)能把多大的能量轉(zhuǎn)交給風(fēng)輪呢，從理論上講最大值為59.3%，這也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能利用系數(shù)的最大值，稱為貝茲極限。目前高性能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能利用系數(shù)約為40%。4.1.3 風(fēng)力機(jī)性能參數(shù)1、風(fēng)能利用系數(shù)Cp風(fēng)功率是速度為V的空

13、氣經(jīng)過平面S后速度減為0所產(chǎn)生的功率，這是理想的情況，事 實(shí)上空氣經(jīng)過平面S后并沒有消失還得流走，速度不可能為0,所以說風(fēng)只可能把一部分能量傳給平面S。在風(fēng)力機(jī)中風(fēng)通過風(fēng)輪掃掠面積時(shí)把一部分動(dòng)能傳給風(fēng)力機(jī)，把風(fēng)輪接受的風(fēng)的動(dòng)能與通過風(fēng)輪掃掠面積的全部風(fēng)的動(dòng)能的比值稱為風(fēng)能利用系數(shù)，根據(jù)貝茨理論，風(fēng)力機(jī)的最大風(fēng)能利用系數(shù)是59%，風(fēng)能利用系數(shù)是衡量風(fēng)力機(jī)性能的主要指標(biāo)。而實(shí)際的風(fēng)力機(jī)是達(dá)不到這個(gè)理想數(shù)據(jù)的，各種形式的風(fēng)輪接受風(fēng)力的風(fēng)能利用系數(shù)是不同的，阻力型風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)較低，升力型風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)較高。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組除了風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù)外，還有機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率、發(fā)電機(jī)效率等，這些效率

14、的乘積就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的全效率。在下表中列出了各種形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的全效率：2、 葉尖速比風(fēng)輪葉片尖端線速度與風(fēng)速之比稱為葉尖速比。下圖是一個(gè)風(fēng)力機(jī)的葉輪，u 是旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪外徑切線速度，v 是風(fēng)進(jìn)葉輪前的速度，葉尖速比入=u/v阻力型風(fēng)力機(jī)葉尖速比一般為0.3 至 0.6，升力型風(fēng)力機(jī)葉尖速比一般為3 至 8。在升力型風(fēng)力機(jī)中，葉尖速比直接反映了相對風(fēng)速與葉片運(yùn)動(dòng)方向的夾角，即直接關(guān)系到葉片的攻角，是分析風(fēng)力機(jī)性能的重要參數(shù)。3、實(shí)度比風(fēng)力機(jī)葉片的總面積與風(fēng)通過風(fēng)輪的面積（風(fēng)輪掃掠面積）之比稱為實(shí)度比（容積比），是風(fēng)力機(jī)的一個(gè)參考數(shù)據(jù)。左圖為水平軸風(fēng)力機(jī)葉輪，S為每個(gè)葉片對風(fēng)的投影面積，B

15、為葉片個(gè)數(shù)，R為風(fēng)輪半徑，。為實(shí)度比，（r=BS/u R2右圖為升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉輪，C為葉片弦長，B為葉片個(gè)數(shù)，R為風(fēng)輪半徑，L為葉片長度，。為實(shí)度比。垂直軸風(fēng)力機(jī)葉輪的掃掠面積為直徑與葉片長度的乘積，=BCL/2RL= BC/2R多葉片的風(fēng)力機(jī)有高實(shí)度比，適合低風(fēng)速、低轉(zhuǎn)速大力矩的風(fēng)力機(jī)，其效率較低。風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用少葉片與窄葉片的低實(shí)度比風(fēng)力機(jī)，可以較高效率高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。4、切入風(fēng)速風(fēng)力機(jī)對額定負(fù)載開始有功率輸出時(shí)的最小風(fēng)速。5、額定風(fēng)速設(shè)計(jì)與制造部門給出的使機(jī)組達(dá)到規(guī)定輸出功率的最低風(fēng)速。6、切出風(fēng)速由于調(diào)節(jié)器作用，使風(fēng)力機(jī)對額定負(fù)載停止功率輸出時(shí)的風(fēng)速。7、停車風(fēng)速控制系統(tǒng)使風(fēng)力機(jī)風(fēng)

16、輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)的最小風(fēng)速。8、安全風(fēng)速風(fēng)力機(jī)在人工或自動(dòng)保護(hù)時(shí)不致破壞的最大允許風(fēng)速。9、額定轉(zhuǎn)速空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，對應(yīng)于機(jī)組額定風(fēng)速時(shí)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。10、額定功率空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，對應(yīng)于機(jī)組額定風(fēng)速時(shí)的輸出功率值。11、平均風(fēng)速相應(yīng)于有限時(shí)段，通常指二分鐘或十分鐘的平均情況。12、年平均風(fēng)速按照年平均的定義確定的平均風(fēng)速。通常以年平均風(fēng)速來衡量所在地區(qū)的風(fēng)能大小。13、風(fēng)能密度不考慮風(fēng)力機(jī)械的利用系數(shù)，單位面積獲得的風(fēng)功率稱為風(fēng)能密度，并以此表征某地風(fēng)能潛力的大小W=0.5p v3(W/m2)(1)推動(dòng)風(fēng)力機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)能功率是面積、速度、氣流動(dòng)壓的乘積。Pr=Fv(0.5 p v2)=0.5 p

17、v3F(W)(2)式中：p空氣質(zhì)量密度(kg/m3);v 風(fēng)速 (m/s) ；F 風(fēng)力機(jī)械葉輪掃掠的面積(m2)由于實(shí)際上風(fēng)力機(jī)械不可能將槳葉旋轉(zhuǎn)的風(fēng)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)檩S的機(jī)械能，因而風(fēng)輪的實(shí)際功率應(yīng)為P=0.5 p v3FCP(W)式中：G風(fēng)能利用系數(shù)，即風(fēng)輪所接受風(fēng)的動(dòng)能與通過風(fēng)輪掃掠面積F全部風(fēng)的動(dòng)能比值。以水平軸風(fēng)力機(jī)械為例，理論上最大風(fēng)能利用系數(shù)為0.593 左右，但再考慮到風(fēng)速變化和槳葉空氣動(dòng)力損失等因素，風(fēng)能利用系數(shù)能達(dá)到0.4 就相當(dāng)高了。風(fēng)能密度有直接計(jì)算和概率計(jì)算兩種方法。近年來各國的風(fēng)能計(jì)算中，大多采用概率計(jì)算中的韋泊爾(Weibull )分布來擬合風(fēng)速頻率分布方法計(jì)算風(fēng)能密度

18、。14、有效風(fēng)速和有效風(fēng)能密度風(fēng)力機(jī)械要根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)況確定一個(gè)風(fēng)速來設(shè)計(jì)的，該風(fēng)速稱為 “設(shè)計(jì)風(fēng)速”或 “額定風(fēng)速”，它與“額定功率”相對應(yīng)。由于風(fēng)的隨機(jī)性的不穩(wěn)定，風(fēng)力機(jī)械不可能始終在額定風(fēng)速下運(yùn)行。因此風(fēng)力機(jī)械就有一個(gè)工作風(fēng)速范圍，即從切入風(fēng)速到切出速度，稱為工作風(fēng)速，即有效風(fēng)速。依此計(jì)算的風(fēng)能密度稱為有效風(fēng)能密度。根據(jù)國標(biāo)GB8974-88風(fēng)力機(jī)名詞術(shù)語的定義：起動(dòng)風(fēng)速風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪由靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng)并能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最小風(fēng)速；切入風(fēng)速風(fēng)力機(jī)對額定負(fù)載開始有功率輸出時(shí)的最小風(fēng)速； 切出風(fēng)速由于調(diào)節(jié)器的作用使風(fēng)力機(jī)對額定負(fù)載停止功率輸出的風(fēng)速；工作風(fēng)速風(fēng)力機(jī)對額定負(fù)載有功率輸出的風(fēng)速范圍，一般為320

19、ns。從定義上可以看出，低于起動(dòng)風(fēng)速，風(fēng)力機(jī)不能運(yùn)行，而高于切出風(fēng)速，風(fēng)力機(jī)如繼續(xù)在高風(fēng)速下運(yùn)行，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞風(fēng)力機(jī)，甚至造成人身事故，這尤其要引起人們的重視。15 、風(fēng)能與風(fēng)功率一團(tuán)質(zhì)量為m 的空氣以速度v 運(yùn)動(dòng)，它所具有的動(dòng)能設(shè)一個(gè)垂直于風(fēng)向的平面，面積為S，單位時(shí)間通過該平面的空氣質(zhì)量m為P是空氣密度標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下p =1.2928kg/m3，考慮到氣溫等因素本處計(jì)算取p=1.2kg/m3 ，代入（1）式得到風(fēng)功率P：可見同樣面積下風(fēng)功率的增加是按風(fēng)速增加的三次方倍增加?？諝庠?1 秒時(shí)間里通過單位面積的動(dòng)能也稱為“風(fēng)能密度”，在此風(fēng)能密度“風(fēng)壓” 就是垂直于氣流方向的平面所受到的風(fēng)的壓力，

20、在計(jì)算風(fēng)力機(jī)載荷時(shí)需要參考。風(fēng)壓以單位面積上的風(fēng)的動(dòng)壓來表示：可見風(fēng)壓的增加是按風(fēng)速增加的二次方倍增加。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，把風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分為5 級，按年平均風(fēng)速10 m/s、 8.5 m/s、 7.5 m/s、6 m/s 四種風(fēng)速和特殊設(shè)計(jì)風(fēng)速一個(gè)（本處設(shè)為13 m/s ），我們再增加停機(jī)風(fēng)速20 m/s 和起動(dòng)風(fēng)速3 m/s 共七個(gè)風(fēng)速來計(jì)算單位面積（每平方米）的風(fēng)功率與風(fēng)壓，計(jì)算所得數(shù)據(jù)填于下表：年平均風(fēng)速的測量方法年平均風(fēng)速就是全年逐小時(shí)風(fēng)速的平均值，測量方法為觀測高度距離地面10ml采用自動(dòng)記錄風(fēng)速儀，每秒采樣一次，連續(xù)測量10min計(jì)算出平均值。以正點(diǎn)前10 min 測量的風(fēng)速平均值代

21、表這一個(gè)小時(shí)的平均風(fēng)速，年平均風(fēng)速是全年逐小時(shí)風(fēng)速的平均值。對于風(fēng)電場測量可按風(fēng)力機(jī)輪轂高度來測量平均風(fēng)速，例如距離地面50m、60m等。一般來說年平均風(fēng)速大于 6m/s的地區(qū)建風(fēng)電場才可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。4.1.4 常用葉片的翼型下面是一幅常見翼型的幾何參數(shù)圖，該翼型的中弧線是一條向上彎曲的弧線，稱這種翼型為不對稱翼型或帶彎度翼型。當(dāng)彎度等于0 時(shí)，中弧線與弦線重合，稱這種翼型為對稱翼型，下圖為一個(gè)對稱翼型。下圖是一個(gè)性能較好的低阻翼型，是帶彎度翼型，在水平軸風(fēng)力機(jī)中應(yīng)用較多。1、帶彎度翼型的升力與失速下面為一個(gè)低阻翼型的氣流動(dòng)力圖，翼型弦線與氣流方向的夾角（攻角）為 a ,正常運(yùn)行時(shí)氣流

22、附著翼型表面流過，靠近翼型上方的氣流速度比下面的氣流速度快，根據(jù)流體力學(xué)的伯努利原理，翼型受到一個(gè)上升的力Fl ，當(dāng)然翼型也會(huì)受到氣流的阻力Fd。這是正常的工作狀態(tài)，有較大的升力且阻力很小。但翼型并不是在任何情況下都能產(chǎn)生大的升力。如果攻角a大到一定程度，氣體將不再附著翼型表面流過，在翼型上方氣流會(huì)發(fā)生分離，翼型前緣后方會(huì)產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致阻力急劇上升升力下降，這種情況稱為失速。見下圖翼型什么時(shí)候開始失速，下面是這種翼型的升力系數(shù)與阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線參考圖，圖中綠色的是升力曲線、棕色的是阻力曲線。在曲線中可看出，攻角 a在11度以下時(shí)升力隨a增大而增大，當(dāng)攻角a大于11度時(shí)進(jìn)入失速狀態(tài)，升力驟然下降，阻力大幅上升，在a等于45度時(shí)升力與阻力基本相等。翼型開始失速的攻角a的值稱為失速角。大多數(shù)有彎度的薄翼型與該曲線所示特性相近。在曲線圖中看出翼型在攻角為0 時(shí)依然有升力，這是因?yàn)榧词构ソ菫?，翼型上方氣流速度仍比下方快，故有升力，當(dāng)攻角為一負(fù)值時(shí)，升力才為0，此時(shí)的攻角稱為零升攻角或絕對零攻角。翼型在失速前阻力是很小的，在近似計(jì)算中可忽略不計(jì)。當(dāng)攻角為0 時(shí)，有彎度的翼型的壓力中心在翼型的中部，隨著攻角的增加（不大于失速角）壓力中心向前移動(dòng)到1/4 弦長位置。2、對稱翼型的升力與失速對稱翼型的升力與阻力等氣動(dòng)特性與有彎度翼型類似，但對稱翼型在攻角為零時(shí)升力為零，因?yàn)榇藭r(shí)