風(fēng)機空氣動力學(xué)

1、二維空氣動力學(xué)葉片細長，展向速度遠小于流向速度；二維流動The reacting force F：作用力升力系數(shù)、阻力系數(shù)、力矩系數(shù)均是攻角，雷諾數(shù)Re、馬赫數(shù)M的函數(shù)升力L：垂直于來流；升力系數(shù)：在達到一定值前，升力系數(shù)隨攻角線性變化，斜率大約為2排/rad；失速后，升力系數(shù)以一個非常幾何依賴性的方式下降；阻力D：平行于來流；阻力系數(shù)在小攻角時幾乎是一個常數(shù)，但是在失速后迅速增大；對于阻力系數(shù)，當(dāng)雷諾數(shù)達到一定值時，雷諾數(shù)對其的影響很小。升力阻力方向力矩M：作用點1/4弦長處；力矩系數(shù)雷諾數(shù)的影響主要和翼型邊界層發(fā)生層流到湍流轉(zhuǎn)變的點有關(guān)；翼型的失速依賴于幾何形狀；薄翼型的前緣曲率大，比厚翼

2、型更易發(fā)生失速。如果分離發(fā)生在翼型后緣，并且隨著攻角的增加變化緩慢，這是一個平緩的失速；但是如果分離開始于翼型的前緣，整個邊界層可能隨著升力的突然下降而同時發(fā)生分離。粘性邊界層的性質(zhì)非常復(fù)雜，和翼型的曲率、雷諾數(shù)、表面粗糙度，高速時的馬赫數(shù)都有關(guān)系。層流翼型三維空氣動力學(xué)定量的描述流體流管三維翼，展向升力分布對上游流動及當(dāng)?shù)赜堑挠绊懀灰硎怯邢揲L度，以翼型為截面，上下表面存在壓力差從而產(chǎn)生升力的橫梁；尾渦小攻角，無粘，Laplace方程、Kutta-Joukowski方程一個強度為 的渦線代替翼型；小攻角時，3維翼產(chǎn)生的升力用一系列展向的渦線模擬（附著渦）；尾渦模擬三維翼產(chǎn)生的渦流層。由Bio

3、t-Savart定律知，自由渦在任意展向誘導(dǎo)產(chǎn)生一個向下的速度分量W為誘導(dǎo)速度Multhopps solution of Prandtls integral equation在旋轉(zhuǎn)的葉片失速后，科氏力及離心力邊界層分離中起著重要的作用；在分離的邊界層中，相對于離心力，速度和動力都比較小，離心力式流體沿展向流向葉尖；科氏力產(chǎn)生順壓力梯度使流向葉尖的流體向尾緣偏離；科氏力和離心力改變了失速后二維翼型的數(shù)據(jù)風(fēng)力機后的渦系由于水平軸風(fēng)力機有旋轉(zhuǎn)的葉片組成，那么必然存在與線性平移翼相似的渦系。在轉(zhuǎn)子后自由渦的渦層是螺旋向的；強葉尖渦位于轉(zhuǎn)子尾流的邊緣，根部渦主要位于轉(zhuǎn)軸的軸線上。這個渦系誘導(dǎo)產(chǎn)生了和風(fēng)方

4、向相反的軸向速度，產(chǎn)生了和轉(zhuǎn)輪葉片旋轉(zhuǎn)方向相反的切向速度分量注意研究對象，研究對象不同，力方向不同軸向誘導(dǎo)速度、周向誘導(dǎo)速度理想風(fēng)力機的一維動量理論通過轉(zhuǎn)輪的流線轉(zhuǎn)子前后軸向速度、壓力分布轉(zhuǎn)輪（阻力裝置）使風(fēng)速下降來流圓環(huán)控制體，動量方程功率P，推力T軸向誘導(dǎo)速度功率系數(shù)Cp，推力系數(shù)CT最大功率系數(shù)0.593，貝茲極限，誘導(dǎo)因子1/3;風(fēng)力機，大推力系數(shù)對應(yīng)著大軸向誘導(dǎo)因子，此時對應(yīng)著低風(fēng)速；當(dāng)軸向誘導(dǎo)因子a大于0,4時，簡單動量理論不適用的原因是當(dāng)速度由Vo到u變化過大時，外流動量轉(zhuǎn)化為尾渦時會形成渦流，導(dǎo)致在尾渦邊緣的自由剪切層不穩(wěn)定。旋轉(zhuǎn)的影響周向誘導(dǎo)因子經(jīng)典葉素動量理論（BEM）在一

5、維動量理論中，實際的轉(zhuǎn)子幾何形狀如葉片數(shù)、葉片扭角、弦分布、翼型都沒考慮。在BEM模型中，對環(huán)狀控制體有以下假設(shè)：1、徑向互相獨立2、葉片對來流的力是一個常數(shù)，這相當(dāng)于風(fēng)輪由無限個葉片組成。（普朗特葉尖損失因子修正實際風(fēng)輪由有限個葉片組成）葉片實度：由式（6.21）和（6.4）由式（6.22）和（6.5）迭代方法求軸向誘導(dǎo)因子a、周向誘導(dǎo)因子a1、假設(shè)a=a=0；2、利用（6.7）求入流角；3、計算當(dāng)?shù)毓ソ牵?、根據(jù)翼型空氣動力學(xué)特性曲線得到葉素的升力系數(shù)和阻力系數(shù)5、由（6.12）（6.13）計算葉素的法向力系數(shù)和切向力系數(shù)6、由（6.23）（6.24）計算新的a、a7、比較新計算的a和a值與前一次值，如果誤差小于設(shè)定值，迭代結(jié)束；否則繼續(xù)步驟（2）繼續(xù)迭代。8、計算葉片每部分的當(dāng)?shù)剌d荷以上是BEM方法的基本準則，但是