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1、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)第1頁(yè),共19頁(yè)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力特性試講科目:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用(姚興佳、宋?。┑诙聟⒖假Y料:風(fēng)力發(fā)電原理(吳雙群、趙丹平)第2頁(yè),共19頁(yè)。 主要內(nèi)容2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的概念及結(jié)構(gòu)2.2 風(fēng)輪的幾何參數(shù)2.3 翼型的幾何參數(shù)2.4 翼型的空氣動(dòng)力特性2.5 葉素上的氣動(dòng)推力和轉(zhuǎn)矩2.6 風(fēng)輪上的總氣動(dòng)推力和總轉(zhuǎn)矩第3頁(yè),共19頁(yè)。2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的概念及結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電就是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為風(fēng)輪的機(jī)械能,風(fēng)輪再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。圖3-1 水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第4頁(yè),共19頁(yè)。2.2 風(fēng)輪的幾何參數(shù)1)風(fēng)輪的幾何定義及參數(shù)(1)風(fēng)輪:風(fēng)輪就是葉片安裝
2、在輪轂上的總成,包括葉片、輪轂和變槳機(jī)構(gòu)。(2)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面:風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所形成的圓面。(3)風(fēng)輪直徑D:風(fēng)輪掃略的圓面對(duì)應(yīng)的直徑。(4)風(fēng)輪的輪轂比:風(fēng)輪的輪轂直徑Dh與風(fēng)輪直徑之比。(5)葉片長(zhǎng)度H:葉片的有效長(zhǎng)度,H=(D-Dh)/2(6)葉片數(shù):風(fēng)輪上的葉片數(shù)目。2)葉片 風(fēng)輪葉片主要是為了接受風(fēng)能,使風(fēng)輪繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其平面形狀和剖面幾何形狀(翼型)與風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)特性密切相關(guān),從而影響風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率。(1)葉片翼型:也叫葉片剖面,它是指垂直于葉片長(zhǎng)度方向的葉片截面而得到的形狀。第5頁(yè),共19頁(yè)。3)葉素理論: 將葉片沿展向劃分成很多小的微元段,這些微元段統(tǒng)稱為葉素。作用在每個(gè)葉素
3、上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。 葉素理論假設(shè):(1)沿葉片展長(zhǎng)方向,各相鄰葉素間的流動(dòng)互不干擾;(2)每個(gè)葉素所受的力僅取決于葉素的翼型的空氣動(dòng)力學(xué)特性。微元rr第6頁(yè),共19頁(yè)。1) 中弧線:翼型內(nèi)切圓圓心的連線。對(duì)稱翼型的中弧線與翼弦重合。2) 上翼面:凸出的翼型表面。3) 下翼面:平緩的翼型表面。4) 前緣:翼型中弧線的最前點(diǎn)(A點(diǎn))5) 后緣:翼型中弧線的最后點(diǎn)(B點(diǎn))2.3 翼型的幾何參數(shù)厚度 A Bt第7頁(yè),共19頁(yè)。6) 翼弦(弦線):連接前緣與后緣的直線,即直線AB。其長(zhǎng)度 為幾何弦長(zhǎng),通常用C表示。7) 厚度t:翼弦垂直方向上上下翼面間的距離。 厚
4、度分布:沿著翼弦方向的厚度變化。8) 彎度f(wàn):翼型中弧線與翼弦間的距離。 彎度分布:沿著翼弦方向的彎度變化。2.3 翼型的幾何參數(shù)厚度 A Bt第8頁(yè),共19頁(yè)。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面:風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的平面,與風(fēng)速V垂直。翼型攻角 在翼型平面上,實(shí)際氣流來流W與翼弦之間的夾角定義為翼型攻角,記做, 又稱迎角。安裝角 風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面與翼弦之間的夾角,記做,又叫槳距角、節(jié)距角。入流角 實(shí)際氣流入流速度W與旋轉(zhuǎn)平面的夾角。 = + 注:風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片運(yùn)動(dòng)時(shí)所感受到的氣流速度是外來風(fēng)速V與葉片運(yùn)動(dòng)速度u的合成速度,稱為相對(duì)風(fēng)速W。2.4 翼型的空氣動(dòng)力特性第9頁(yè),共19頁(yè)。2.4 翼型的空氣動(dòng)力特性考察二維葉片截
5、面(翼型)的受力情況。根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)的 1、質(zhì)量守恒定律,有連續(xù)性方程: A1W1 = A2W2 + A3W3 ( A:面積;W :速度) 2、伯努利方程: P0 = P +1/2 * W2=常數(shù) (P0:氣體總壓力;P :氣體靜壓力) 下翼面處流場(chǎng)橫截面面積A3變化較小,流速W3 幾乎保持不變,進(jìn)而靜壓力P3 P1。上翼面突出,流場(chǎng)橫截面面積減小,空氣流速增大,V2V1。使得 P2 Ct時(shí),CL將下降,氣流變?yōu)槲闪鳌.?dāng)=0(CDmin 時(shí),CD隨的增加而逐漸增大;在= CDmin 時(shí),CD達(dá)最小值第16頁(yè),共19頁(yè)。2.5 葉素上的氣動(dòng)推力和轉(zhuǎn)矩葉素微元受到的合力可以分解為平行于旋轉(zhuǎn)平面的分量FQ,和垂直于旋轉(zhuǎn)平面的分量T。FQ驅(qū)動(dòng)葉片圍繞風(fēng)輪軸旋轉(zhuǎn),進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩Q來驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作。T產(chǎn)生氣動(dòng)推力,作用在塔架上。第17頁(yè),共19頁(yè)。r2.6 風(fēng)輪上的總氣動(dòng)推力和總轉(zhuǎn)矩葉素理論: 將葉片沿展向劃分成很多小的微元
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