風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)基本原理課件

風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)基本原理主講人：韓璐2009年10月21日****************風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)基本原理主講人：韓璐2009年10月21日*空氣動力學(xué)研究對象

空氣動力學(xué)是流體力學(xué)的一個分支，它主要研究空氣與物體之間有相對運動時，空氣運動的基本規(guī)律以及空氣與物體之間作用力的學(xué)科。運動的空氣就是我們通常所說的風(fēng)?？諝鈩恿W(xué)研究對象空氣動力學(xué)是流體力學(xué)

太陽輻射造成地球表面大氣壓力分布不均勻，引起空氣的運動就形成了風(fēng)。風(fēng)向和風(fēng)速是描述風(fēng)特征的兩個重要參數(shù)。風(fēng)的形成與定義太陽輻射造成地球表面大氣壓力分布不均勻，引起空氣的運風(fēng)力機(jī)的組成

風(fēng)力機(jī)就是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。通常它由風(fēng)輪系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和塔架系統(tǒng)等組成，其中風(fēng)輪是最關(guān)鍵得部件之一。風(fēng)力機(jī)的組成風(fēng)力機(jī)就是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。通風(fēng)力機(jī)的組成風(fēng)力機(jī)的組成風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪系統(tǒng)的類型風(fēng)力機(jī)按照風(fēng)輪結(jié)構(gòu)不同分為兩大類：垂直軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪系統(tǒng)的類型風(fēng)力機(jī)按照風(fēng)輪結(jié)構(gòu)不同分為兩大類：垂直軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)

垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪圍繞一個垂直軸旋轉(zhuǎn)。其主要優(yōu)點是可以接受來自任何方向的風(fēng),因而當(dāng)風(fēng)向改變時，無需對風(fēng)。對于較大型的風(fēng)力機(jī),因為受偏轉(zhuǎn)與安全極限應(yīng)力的限制,采用這種結(jié)構(gòu)形式是比較困難的。垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)低于高速垂直軸或水平軸風(fēng)力機(jī),在風(fēng)輪尺寸、重量和成本一定的情況下提供的功率輸出較低,因而用作發(fā)電缺乏競爭力。垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪圍繞一個垂直軸旋轉(zhuǎn)。其主要優(yōu)點是可水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)按照風(fēng)輪在氣流中的位置分為：上風(fēng)式和下風(fēng)式水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)按照風(fēng)輪在氣流中的位置分為：水平軸風(fēng)力機(jī)

按照風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度（葉尖速比），水平軸風(fēng)力機(jī)也可分為:

低速水平軸風(fēng)力機(jī)高速水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)按照風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度（葉尖速比

低速風(fēng)力機(jī)的葉片數(shù)在12至24片之間不等，葉片幾乎覆蓋了整個風(fēng)輪表面，這些多葉片的低速風(fēng)力機(jī)特別適用于低風(fēng)速環(huán)境，其起動扭矩相對較高，主要用于提水等負(fù)載扭矩較大的場合；低速水平軸風(fēng)力機(jī)低速風(fēng)力機(jī)的葉片數(shù)在12至24片之間不低速水平軸風(fēng)力機(jī)低速水平軸風(fēng)力機(jī)高速水平軸風(fēng)力機(jī)

高速風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)只有1~3片，高速風(fēng)力機(jī)由于速度高，特別適用于風(fēng)力發(fā)電，因此大多數(shù)發(fā)電用的風(fēng)力機(jī)都是由高速風(fēng)輪所驅(qū)動的。高速水平軸風(fēng)力機(jī)高速風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)只有1高速水平軸風(fēng)力機(jī)高速水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的組成和功能

風(fēng)輪一般由1～3

個葉片和輪轂所組成,其功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。風(fēng)輪的組成和功能風(fēng)輪一般由1～3個葉片風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)基本原理課件風(fēng)輪系統(tǒng)工作原理

風(fēng)輪葉片在風(fēng)的作用下產(chǎn)生空氣動力使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。風(fēng)輪葉片的性能直接影響到能量轉(zhuǎn)換的效率。風(fēng)輪系統(tǒng)工作原理風(fēng)輪葉片在風(fēng)的作用下產(chǎn)生空氣風(fēng)輪葉片

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)空氣動力特性密切相關(guān),特別是剖面幾何形狀即翼型氣動特性的好壞,將直接影響風(fēng)力機(jī)的捕風(fēng)效率。風(fēng)輪葉片風(fēng)輪葉片是風(fēng)力機(jī)最重要的部件之一。它的平空氣動力的產(chǎn)生

物體在空氣中運動或者空氣流過物體時,物體將受到空氣的作用力,稱為空氣動力?？諝鈩恿Φ漠a(chǎn)生物體在空氣中運動或者空氣流過物體時,風(fēng)輪空氣動力學(xué)的幾何定義

1、風(fēng)輪軸：風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)運動的軸線；2、旋轉(zhuǎn)平面：與風(fēng)輪軸垂直，葉片旋轉(zhuǎn)時的平面；3、風(fēng)輪直徑：風(fēng)輪掃掠面的直徑；4、葉片軸：葉片縱向軸，繞此軸可以改變?nèi)~片相對于旋轉(zhuǎn)平面的槳矩角；5、在半徑r處的葉片截面（翼型）：葉片與半徑為r并以風(fēng)輪軸為軸線的圓柱相交的截面；6、槳矩角：在半徑r處翼型的弦線與旋轉(zhuǎn)面的夾角。風(fēng)輪空氣動力學(xué)的幾何定義1、風(fēng)輪軸：風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)運動的軸線；風(fēng)輪葉片風(fēng)輪葉片風(fēng)輪葉片結(jié)構(gòu)

風(fēng)力機(jī)葉片實質(zhì)是從葉根到葉尖徑向位置上不同翼型安照不同扭角和弦長分布組成。風(fēng)輪葉片結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)葉片實質(zhì)是從葉根到葉尖徑向葉片的二維假設(shè)

氣流繞風(fēng)輪葉片的流動比較復(fù)雜,是一個空間的三元流動。當(dāng)葉片長度與其翼型弦長之比(展弦比)較大時,可以忽略氣流的展向流動，而把氣流繞葉片的流動簡化為繞許多段葉片元(即葉素)的流動,葉素之間互相沒有干涉。葉片的二維假設(shè)氣流繞風(fēng)輪葉片的流動比較復(fù)雜,是翼型結(jié)構(gòu)和基本概念

翼型結(jié)構(gòu)和基本概念翼型的幾何參數(shù)通常翼型幾何外形由下列參數(shù)決定：翼型前緣A：翼型的前部A為圓頭；翼型后緣B：翼型的尾部B為尖型；翼型弦線C：翼型前緣與后緣的連線稱為翼型弦線弦線長度就是翼型的弦長C，弦長C是翼型的特征尺寸；中弧線：翼型內(nèi)切圓圓心的連線稱為翼型的中弧線，對稱的翼型中弧線與翼弦重合；翼型的幾何參數(shù)通常翼型幾何外形由下列參數(shù)決定：翼型的氣動參數(shù)

翼型攻角α：在翼型平面上，把來流V與弦線C之間的夾角定義翼型的攻角，又稱為迎角。翼型的氣動參數(shù)翼型攻角α：在翼型平面上，把來流翼型的受力示意圖翼型的受力示意圖翼型的氣動參數(shù)

當(dāng)翼型攻角α大于零時，因此翼型下表面壓力大于上表面壓力，氣流在翼型上形成合力，合力F

即為翼型受到的空氣動力,其方向垂直于翼型弦線。合力可分解為兩個分力:一個分力FL與氣流方向垂直,稱為升力;另一個分力FD與氣流方向相同,稱為阻力。翼型的氣動參數(shù)當(dāng)翼型攻角α大于零時升力、阻力和力矩系數(shù)定義

分別以V，ρ和C表示來流速度，空氣密度和翼型弦長，以M表示翼型的力矩，那么翼型的基本空氣動力學(xué)特性可以由以下無量綱系數(shù)表示：升力系數(shù)阻力系數(shù)力矩系數(shù)升力、阻力和力矩系數(shù)定義分別以V，ρ和C表示來流翼型升阻特性曲線翼型升阻特性曲線風(fēng)力機(jī)葉片核心參數(shù)

風(fēng)力機(jī)葉片核心參數(shù)：設(shè)計尖速比λ、設(shè)計風(fēng)速V、每個葉素翼型、風(fēng)輪直徑D、每個葉素的弦長C和安裝角θ。風(fēng)力機(jī)葉片核心參數(shù)風(fēng)力機(jī)葉片核心參數(shù)：風(fēng)輪直徑給定輸出功率的風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪直徑D為：P—風(fēng)力機(jī)額定功率；Cp—風(fēng)能利用系數(shù)，一般取0.4~0.5之間；η—傳動裝置和發(fā)電機(jī)總效率，一般取0.4~0.65；ρ—空氣密度，(15℃)；風(fēng)輪直徑給定輸出功率的風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪直徑D為：翼型的攻角與升阻比

翼型的選取對風(fēng)輪的效率十分重要，性能優(yōu)良的翼型應(yīng)該在某一攻角范圍內(nèi)保持升力系數(shù)CL較高，而相應(yīng)的阻力系數(shù)CD較小，即在某一攻角范圍內(nèi)有較高的升阻比。翼型的攻角與升阻比翼型的選取對風(fēng)輪翼型速度三角形翼型速度三角形翼型槳距角θ=α+βα：翼型攻角β：葉片槳距角θ：葉片入流角翼型槳距角θ=α+β設(shè)計風(fēng)速

設(shè)計風(fēng)速V取決于使用風(fēng)力機(jī)地區(qū)的風(fēng)能資源分布。

設(shè)計風(fēng)速決定了風(fēng)輪的最佳尖速比。設(shè)計風(fēng)速設(shè)計風(fēng)速V取決于使用風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的尖速比

風(fēng)輪的尖速比λ是風(fēng)輪葉片的葉尖速度和設(shè)計風(fēng)速之比(TipSpeedRatio)。尖速比與風(fēng)輪效率密切相關(guān)，在風(fēng)力機(jī)沒有過速的條件下，運轉(zhuǎn)于高尖速比狀態(tài)下的風(fēng)力機(jī)具有較高的風(fēng)輪效率。

風(fēng)輪的尖速比風(fēng)輪的尖速比λ是風(fēng)輪葉片風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)基本原理課件翼型的選取

翼型的選取對風(fēng)輪的效率十分重要，性能優(yōu)良的翼型應(yīng)該在某一攻角范圍內(nèi)保持升力系數(shù)CL較高，而相應(yīng)的阻力系數(shù)CD較小，即在某一攻角范圍內(nèi)有較高的升阻比，另外，還應(yīng)該具有良好的制造工藝性。翼型的選取翼型的選取對風(fēng)輪的效率十分葉素理論葉素理論葉片氣動外形設(shè)計結(jié)果以葉片弦長、扭角、厚度沿葉片展長方向的分布形式給出。葉片弦長分布設(shè)計案例葉片氣動外形設(shè)計結(jié)果以葉片弦長、扭角、厚度沿葉片展長方向的分葉片扭角分布設(shè)計案例葉片扭角分布設(shè)計案例葉片相對厚度分布設(shè)計案例葉片相對厚度分布設(shè)計案例風(fēng)輪參數(shù)

把葉片和輪轂組裝起來就是風(fēng)輪了，在風(fēng)力機(jī)整機(jī)中風(fēng)輪還有以下參數(shù)：葉片數(shù)：組成風(fēng)輪的葉片個數(shù)。錐角：葉片與旋轉(zhuǎn)軸垂直平面的夾角風(fēng)輪仰角：風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角。風(fēng)輪參數(shù)把葉片和輪轂組裝起來就是風(fēng)輪了風(fēng)輪參數(shù)風(fēng)輪參數(shù)風(fēng)輪的性能參數(shù)風(fēng)輪的性能參數(shù)

通常用上面三個無量綱系數(shù)用來表示風(fēng)力機(jī)的特征性能指標(biāo)。推力系數(shù)CT

直接關(guān)系到風(fēng)輪軸向推力的大小，在很大程度上影響了風(fēng)力機(jī)塔架的