風力機氣動設(shè)計技術(shù)教學課件

風力機氣動設(shè)計技術(shù)劉雄汕頭大學工學院能源研究所風力機氣動分析簡介氣動設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題控制系統(tǒng)對設(shè)計的影響四、風力機動態(tài)載荷仿真五、汕頭大學開展的相關(guān)研究工作風力機氣動分析簡介基本方法葉素動量理論勢流理論基于解N-S方程的全流場分析方法?！锬壳霸谟嬎憔群陀嬎阈噬夏苋〉昧己谜壑缘闹挥腥~素動量理論。風能轉(zhuǎn)換的動量理論風能轉(zhuǎn)換的軸動量理論來源于Rankine和Froude等在19世紀后期進行的船用螺旋槳研究的成果。假定空氣為無粘性理想流體,并將風輪理想化為一個進行能量轉(zhuǎn)換的均勻圓盤,從質(zhì)量、動量和能量守恒來研究風能轉(zhuǎn)換的規(guī)律。因此,風能轉(zhuǎn)換的軸動量理論被稱為圓盤理論或Rankine-Froude理論。圓盤理論合理地描述了風輪周圍空氣速度場、壓力場的變化規(guī)律,雖然它不能描述風輪外形參數(shù)與風力機氣動性能之間的關(guān)系,同時也忽略了風輪旋轉(zhuǎn)導致的渦流現(xiàn)象,但它為風力機氣動理論奠定了最早的研究基礎(chǔ)。A(V-l4)動量變化0.5PA(V2-n2)能量變化=0.5(V0+u1)定義=(V-m)/Vu=(1-a=(1-2a)VCn=4a(1-a)16/27≈0.5926Betz極限3.翼型理論LC洞cFD測量或影響氣動系數(shù)的其它主要因素有:雷諾數(shù)、厚度、彎度、表面光滑度前緣曲率、粗糙靈敏度、后緣厚度等水平軸風力機的葉素動量理論葉素動量理論起源于19世紀后期提出的圓盤理論1912年Joukowski提出誘導速度分析的方法1919年Betz提出優(yōu)化極限19年P(guān)rand提出葉尖損失修正模型1922年Glauert提出優(yōu)化理論和模型修正1974年Wilson對葉素動量理論應(yīng)用于現(xiàn)代風力機進行了系統(tǒng)的理論描述,形成了較完整的風力機葉素動量理論體系。葉素動量理論也被稱為片條理論(StripTheory)葉素動量理論的主要假定(1)通過風輪掃掠面的流動可以劃分為大量的同心的環(huán)形單元,這些單元被假定是彼獨立的,沒有徑向的相互作(2)風速在各環(huán)形單元上均勻分布,葉片對環(huán)形單元流動的作用力是不變的,就像有無數(shù)多均勻分布的葉片一樣在非均勻風場中,每個環(huán)形單元也被分成許多小段,些小段也被假定為互不影響。(3)沿徑向的流動分量可以忽略,因此,二維翼型理論的氣動數(shù)據(jù)可以被采用。對dr寬圓環(huán)根據(jù)動量和角動量守恒dT=4TrpV(1-a)dr1-ad0=4r'pVo(1-a)adrwr(1+a)tantaF風輪主軸dr=0.5pVccDidQ=0.5rpVCcBdr定義c()B采用迭代法求解上述黃色框定