风光互补地埋感应式自动监控系统方案设计及机械结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘   要  本次风光互补地埋感应式自动监控系统设计是以 现有 风光互补系统、流体 理论 ，和 仿真结果 为设计依据及参考下完成的。所设计系统实现了自主供能 ， 自动跟踪 的设计 要求 。 在设计模拟过程中，对相对复杂流体分析和繁琐的计算流程通过运用有限元分析软件 流体分析方法对风轮结构进行计算与处理。  合理的机械结构设计是自动监控系统性能的重要指标。对所采用的机械结构进行了设计与计算最终实现自主供能与自动监控的要求。球型外壳能减少灰尘及各种干扰，日常维护方便，可达到隐蔽监视的目的。同时监控云台在水平方向 可连续 360无级变速扫描，并设有视频分析自动跟踪功能。  关键词： 风光互补，地埋感应，有限元分析  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is on FD is of In by to of is an of On of of in a 60 is to be 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目   录  1 绪论  . 1 控系统概述  . 1 埋感应概述  . 1 光互补系统概述  . 2 次毕业设计的设计背景与应用意义  . 2 2 系统总体方案  . 4 案要求  . 4 体设计原则  . 4 案设计思想  . 5 案设计目标  . 5 统各零部件工作方式  . 6 3 风光互补供能系统设计  . 8 能系统设计要求  . 8 光互补功能系统的计算与分配  . 8 力发电机叶片的模拟仿真及其计算  . 9 解数学模型及参数  . 14 力叶片流场模拟  . 15 4 自动监控系统机械结构设计  . 25 述  . 25 计方案确定  . 26 台总体设计方案  . 26 械结构部分设计  . 28  方向齿轮减速机构传动系统设计  . 34  方向同步带系统设计  . 39 的设计  . 42 承的选用  . 44 5 地埋感应方案及设计  . 47 计原则  . 47 统构成及实现功能  . 47 号选用及技术指标  . 47 案设计说明  . 48 6 风光互补控制方案设计  . 50 制系统的功能与设计要求  . 50 选型  . 50 拟量输入模块选择  . 51 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 光互补控制器选择  . 51 感器选择  . 52 光互补供电系统 制结构  . 53 7 结论  . 56 参考文献  . 57 致  谢  . 58 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论  控系统概述  监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统 ； 是一个跨行业的综合性保安系统，运用了先进 的传感技术、监控摄像技术、通讯技术和计算机技术，组成一个多功能全方位监控的高智能化处理系统。 它可以通过遥控摄像机及其辅助设备直接观看被监视场所的一切情况，可以把被监视场所的情况一目了然 ，能给人最直接的视觉、听觉感受，和对被监控 对象的可视性、实时性及客观性的记录 。同时，监控系统还可以与防盗报警系统等其它安全技术防范体系联动运行，使其防范能力更加强大。 利用安全防范技术进行安全防范首先对犯罪分子有一种威慑作用，使其不敢轻易作案；其次，一旦出现了入侵、盗窃等犯罪活动，安全防范系统能及时发现、及时报警，网络视频监控系统能自动记录下犯罪现场以及犯罪分子的犯罪过程，以便及时破案，节省了大量人力、物力。因而已成为当前安全防范领域的主要手段，被广泛推广应用。  监控系统能在人们无法直接观察的场合，却能实时、形象、真实地反映被监视控制对象的画面，并已 成为人们在现代化管理中监控的一种极为有效的观察工具。由于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多区域，甚至远距离区域的独特功能，被认为是保安工作之必须手段。 可完成普通磁带录像机的所有功能，可记录、播放、快进及按预定时间自动录制有关信息。数码录像省去了每日的录像带更换、存档等工作，节省人力，图像质量不会因反复录像或保存时间过长而降低，且查询检索容易，录像时间长，是未来图像存储的发展方向。  监视系统广泛应用于社会各个部分，是当今最为有效的安全设施之一。 特别是在银行、通讯、电力等国家重点部门，监控网络已基本形成， 对预防和制止犯罪，维护社会稳定起到了巨大作用。（在国家重点设施安全、政府机关的公共安全、行为监督方面；医院的监护室，同时观察若干病人的病情；对一个商业中心各类银行中心职员及储存仓库的监督和管理 ； 用于交通中心，监测高速路、港口或地铁的交通流量以及用于学校，保障学生体育运动的安全等 ） 。在危险的环境中以及在光线昏暗的条件下，这种监视仍可正常进行。  埋感应概述  地埋感应电缆通常又简称为泄漏感应电缆或泄露电缆。  泄露电缆是一种室外周界入侵探测系统，主要适用于监狱、  看守所、各种军事基地、政府机关大院、高档别 墅、油库、煤矿金矿、博物馆、核电站、变电站、文物保护、机场和其他重要保密的场所等。也可作为室内各种防护  报警使用。系统中涉及到的核买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 心装置是一种电缆地表浅埋式入侵探测器，不仅适用地表安装，也适用在墙体平行安装方式，完全适用在野外地形较为复杂的地方等，是一种隐蔽式的入侵探测传感器 。  地埋式感应电缆是 在 地表下 敷设的两个泄漏电缆之间形成了一个看不见的柱形电磁场防护区域，当人体和金属体在这个区域移动时，就引起了电磁场扰动而被探测器检测到，产生报警信号。对于非金属体或非人体，比如树枝等，由于对电磁场的干扰极弱，虽然在该 防护区域移动，却不能引起电磁场的扰动，因此不会报警。通过对探测器灵敏度的调整，可以将小动物，如小狗、小猫等在防护区域移动的干扰滤掉，达到有效防护的目的。  地埋感应 系统在本质上具有不受气候影响、免维护、周界形状任意、无盲区隐形布防无碍观瞻等服务特性方面的优势，在国际上约占全部周界入侵检测产品市场 16%的占有率。  地埋感应系统的主要部件是泄露电缆， 泄漏电缆是一种有效的周界入侵传感器，属于无线电漏泄场原理的应用范畴。最早自 1960 年起，首先由英国学者提出无线电漏泄场理论及其在煤矿井巷中的应用，法国学者丰富了它的理 论内容， 20 世纪 70 年代德国将其推广到地铁通信 。 继之，美国、瑞典、加拿大、日本等国将其应用领域进一步拓展到铁路、矿山、隧道、机场、码头及某些军工场合。  光互补系统概述  风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。  在我国，特别是机场和军事设施地带，风能和太阳能都是十分充足。由于单独的风力发电或者太阳能发电很难保证发电的连续性，因为太阳能发电只能在白天的一定时间内发电，到了晚上就根本不能工作；风力发电虽然白天黑夜都能发电，但是天气是随时变化的，在没有风的天气里也同样不能发电。但是在无风的天气里多是晴朗的，在阴天里多是有风的，根据这一点将风力发电和太阳能发电结合在一起，基本上保证了发电系统能持续不断地发电。 由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成 本趋于合理。  次毕业设计的设计背景与应用意义  随着全社会安全防范意识的不断加强，安防监控项目正在进入到生活的各个方面无疑为安防监控行业带来了巨大的发展机遇。而在安防行业面临巨大潜力的同时，城市建设的飞速发展也使得城市治安管理的日常安防压力越来越大。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目前，市面上监控系统多是视频自动监控系统，地埋式感应多用于单一报警系统且不具备视频监控的功能。视频自动监控对于复杂环境的监控可能产生误报、漏报等问题，而地埋式感应电缆报警系统由于原理所限又缺乏对入侵物体位置追踪，同时市面上的地埋感应报警系统不具备采集视 频信号的功能。现有的监控系统必须铺设大量的电缆为之提供电能。  因此为了克服现有系统不能大面积长距离配备的问题，产生了本设计的方案，该系统由风光互补直接供应能源，省去因为远距离控制所耗费的电缆等费用。同时又把视频自动监控系统与地埋感应报警系统结合在一起使得整个监控系统更加准确、可靠、实用。从而可以满足例如机场、军事设施等重点行业用户的特殊监控需求。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 系统总体方案  案要求  设计要求为可以在大面积区域内及复杂地理环境下放置的可以进行全天候快速自动监控的系统，假设该系统设计监控区域半径为 50m，并且 具备能源自给及无线传输的功能。  体设计原则  （ 1） 先进性  现代信息技术的发展是现代科学技术发展中最活跃的领域，新产品、新技术层出不穷。每一个新技术的出现都对我们的工作方式产生极大的影响，对我们工作 效率的提高起到极大的推动作用。因此本系统必须采用最先进的技术和设备， 这一方面反映了系统所具有的先进水平，同时考虑设备的应用升级改造设计应用空间预留，达到 具有强大的发展潜力。 同时，由于本系统是一项实际使用的工程，因此其技术和设备又必须是相对成熟的。所以，在邮资费用许可的情况下应当充分利用现代最新技术、最可靠 的成果，以使用该系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应，从长期的观点看，这也是最节省经费的。  （ 2） 可靠性  必须考虑采用成熟的 先进 技术与产品。在设备选型和系统的设计中 ， 各方面都 应 尽量 考虑各部件可靠性无故障运行时间的性能 ， 都尽量减少故障的发生，同时还要保证风光互补充电、供电系统的稳定性。   （ 3） 可维护性  我们认为可维护性是当今应用系统成功与否的很重要的因素 ： 易于故障的排除，日常管理操作简便，先进的制造工艺， 便于 客户日常 简单维护 调试 、 操作与管理。  （ 4） 安全性  随着科学技术的高速发展和社会进步，各种违法犯罪分 子、境外敌对分子的作案手段也不断翻新，因此，对系统安全的考虑，应当足够重视。如果不采取有效措施，系统的安全将会受到损害。因此，必须采取多种手段防止各种形式与途径的非法破坏 。  （ 5） 整体性  系统的整体性，涉及到方方面面，对于本系统这样的工程必须对这些因素统筹考虑，以构成一个有机的防盗报警监控系统。  （ 6） 应用性  设计本系统，应首先考虑能满足功能要求和实际应用的需要，因地适宜 ，充分满足不同场合的需要，尤其是军事用途 。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 7） 开放性  为保证各供应商产品的协同运行，同时考虑到投资者的长远利益本系统必须是开放系统，并 结合相关的国际标准或工业标准执行。  （ 8） 可扩充性  本系统考虑今后发展的需要，因而必须具有在系统产品系列。容量与处理能力等方面的扩充与换代的可能，这种扩充不仅充分保护了原有投资，而且具有较高的综合性能价格比 。  （ 9）规范 性  本系统是一个综合性系统，在系统设计和建设初期应着手参考各方面的标准与规范，并且应遵从该规范各项技术规定，并做好系统的标准化设计与管理工作。  案设计思想  考虑到该监控系统设计是针对偏远地区复杂地理环境长距离大范围铺设的监控系统，因此系统的能源供应应选择供应方便，可靠性相对较高，而 且可长时间提供能量的供能系统，针对现实情况中夏季或白天阳光充足，风力不足；而冬季或夜间风力充足，阳光不足、风能与光能交替变化的特点，采用将风能发电系统与光伏发电系统结合在一起的风光互补发电系统作为整个系统的能源供给系统。  根据设计要求的快速跟踪的特点并对市面上各种自动监控系统的调查发现单独的视频自动监控很难完成快速的自动跟踪与定位的精确性，而地埋式感应多用于单一报警系统且不具备视频监控的各种功能。视频自动监控对于复杂环境的监控可能产生误报、漏报等问题，而地埋式感应电缆报警系统由于本身原理所限制缺乏对入侵物体 位置追踪和形象捕捉。因此该设计把视频自动监控系统与地埋感应报警系统合理地进行了结合。  为了能控制风光互补发电系统产生的电能能够合理高效的对蓄电池充电，本设计采用 行控制。  案设计目标  （ 1）根据需求，本设计采用集成式设计，实现能源自给，自动追踪视频采集，自动报警的目标。  （ 2）本系统设计考虑了极端天气情况下的能源自给：包括太阳能发电容量、风能发电容量，风能与太阳能匹配，以及储能系统。保证能够满足自动监控系统对电能的要求。  （ 3）本系统中根据实际应用地埋感应作为自动监控系统的辅助有助于更加快速 的定位与监控。  （ 4）本系统设计针对使用环境与要求进行了机械结构的设计与匹配，以配合整个系统实现自动跟踪与视频采集传输的功能。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 统各零部件工作方式  本系统的设计是为了能应对不同的环境下的自动监控，以及应对突发事件发生时在无源状态下的不间断监控，因此设计了独立的发电和供电系统，以便在特殊状况下电源遭到破坏或损坏时，系统能正常工作。  利用监控云台搭载监控摄像机进行实时监控并采集视频图像。在地埋感应报警系统辅助下自动对报警区域进行快速自动监控，尽量避免误报漏报现象。  光互补系统  风光互补发电 系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、 风光互补 控制器、蓄电池、 逆变器 、交流直流负载等部分组成。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。  (1) 光伏发电  光伏发电部分利用 太阳能电池板 的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电  (2) 风力发电  风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电 。  (3) 控制部分  控制部分根据 日照 强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性 。  (4) 蓄电池部分  蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。  (5) 逆变系统  逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的 220v 交流电， 保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量 。  控系统  （ 1）地埋式感应系统  射频发射器 将 45 48 高频正弦波施加在泄漏电缆上，使发射泄漏电缆发射电磁场。其中一部分能量被安装在附近的接收用的感应电缆接收，形买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 成收发能量直接耦合。当入侵者进入两根电缆形成的感应区内时，平衡的高频电场受到扰动，引起接收信号的变化，射频接收器将接收电缆接收到的信号进行滤波放大后送主控板，主控板将射频发射器和射频接收器的信号进行对比，以鉴别扰动信号， 并 判断是否报警 。 但地埋式感应系统缺点就是对感应到的物体没有办法可视与识别。  （ 2）自动跟踪云台  当地埋式感应系统探测到有物体入侵后并且触发了报警系统，地埋式感应系统会通控制系统给予自动监控系统信号对特定区域进行有针对性的扫描从而快速锁定监控目标。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 风光互补供能系统设计  能系统设计要求  在本设计中有能量需求的主要为两部分，一部分为自动监控系统另一部分为地埋感应系统。在自动监控系统中需要能量消耗的部件为摄像头、云台、控制电路。其中假设这三项的总功耗约为 20w，考虑到监控系统的工作环境，保证摄像头 的视野清洁还需配备一个加热器以保证在冰冻的状态下可以使整个监控摄像头正常工作，因此采用 50w 的加热器对其进行加热。自动监控系统的总功耗约为 70w，同时针对设计要求中半径为 50埋式感应系统所需要的总功耗约为 20w。综合以上两部分的功耗可知系统所需的总功耗约为 90w。  光互补功能系统的计算与分配  能与太阳能的匹配与计算  经过网上查阅资料并加以分析，以上海市为例大于等于 3m/s 的风速全年累积为4000时，大于等于 6m/s 风速全年累计为 2500 小时以上。年太阳 辐射总量为4200焦每平方米，相当于日辐射量 瓦时每平方米。因此得出结论，上海市风能资源略大于太阳能资源，因此将太阳能定为总供能的 40%，风能定为总供能的 60%。  阳能发电系统参数计算及设计  按日均有效光照 4 小时计算，且其中加热器功率只在有要求的时候才会开启，因此取用满功率工作 10 小时。由于现有的设备均采用交流供电，因此还需加入逆变损耗，逆 变 后实 际输 出功率 一 般为 功率 的 90% ， 所需 的发 电 功率 为 120w 。电流I=120W/24V=5A。选取时太阳能电池板工作电压一 般为标值的 75%。太阳能电池板功率=（ 120w1090%） /4 得太阳能电池板功率为 360w。通过计算可知需要太阳能电池板 24V,80W 电池板五块。  电池的选用  电流 I=5A。计算蓄电池 =5A10h7=350电池充放电需要预留 20%的容量；整个系统在工作室电流也小于 5A，同时考虑到 5%的供电线路的损耗。实际蓄电池的需求 =4000%预留容量 +5%损耗 ，因此需要蓄电池为两块 24电池。考虑到供能实际需要，备用电能等因素，本设计采用 6 只 24电池，电池类型为阀控式密闭铅酸蓄电池。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 力发电机叶片的模拟仿真及其计算  垂直轴风力机分为两大类 :力型 ,简称 H 型 )和 力型 ,简称 S 型 )。 四 叶片的升力型风力机启动转矩低但效率较高 ， 阻力型风力机具备高的启动转矩但效率很低。现在流行设计混合型风力机 (将 S 型和 H 型风力机的设计思想综合在同一模型上 )， 它能够利用升力与阻力。许多学者利用低成本的办法来单独提高启动转矩和效率。最常见的措施是改变叶片数以及优化叶型。 力机总成本低 ， 制造和维修简单 ， 虽然效率较低 ， 但它适用于风速低的居民区 。  直风机叶片研究方法  （ 1）风力叶片的设计  通过对叶片的通用设计方法的学习，整理现有风力发电机叶片后发现，水平轴风力发电机机的叶片设计方法已经相当成熟，但是垂直式风力发电机机的叶片设计目前没有理想的设计方法，特别是针对小型垂直式风力发电机，因其规格小易于制作。  叶片实体建模仿真。基于上述设计基础，拟风力机输出电功率 P=80W。  进行叶片结构设计。基于叶片设计数据，进行三维仿真。以拟输出电功率为 80应数据为参照，建立多个三维模型，并对三维模型进行仿真计算并 找到一个针对本叶片形状的最优解。  （ 2）风力机叶片气动性能模拟  本文中的叶片为 风机，叶轮的几何建模与划分网格是在 件中进行的，边界条件及相关参数的设定是在 处理软件中进行，求解是在件中进行，后处理是在 进行。主要工作如下：  1）根据风力机尺寸参数，在 件中完成建模与网格划分的工作。  2）在 件中对模拟的边界条件及计算域进行划分。  3）通过选定合适的物理模型和 各个控制参数，计算出风机的周围流场。  4）通过改变叶片个数等参数，找到一种最优叶片结构，绘制出模拟图。  力叶片相关计算  （ 1） 风力机  传统的 风力机的基本结构及原理，一般的 力型风力机叶片形状，如图 3示，主要由两个类似半圆柱面叶片构成，图 3示一般 力型风力叶片的简图。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3统 力机的外形  当风吹向叶轮时，叶片产生阻力，驱动风轮做逆时针方向旋转（俯视情况下），  如图 3下的叶片驱动风轮 旋转，凸起的叶片阻碍风轮旋转，每个叶片产生的阻力 221                          （ 3 式中， 为空气密度， 为风速， 是叶片线速度， A 是叶片的最大投影面积，下的叶片起的叶片5。在 计算 ”号的选取：对风凹下的叶片取“ -”，对风凸起的叶片（左面）取“ +”。这种阻力型风力机，凹下的叶片产生的阻力大于突起的叶片产生的阻力，风轮是按逆时针方向旋转。  （ 2） 风力机与主流风力机的比较  每一种风力机都对应着一条以 的函数形式给出 的pC、图 3示。这条曲线是通过实验的方法确定的，说明了水平轴的风力机风能利用率不可能大于理论值 就是贝茨（ 论。在现实中，现代最好的风力机也几乎不能达到这个风能利用系数的极限值。  理论的结果表明，高速风力机的风能利用系数是最高的；所以预测其动力学表现相对容易。相反，角速度过低的低速垂直轴风力机由于转动的不稳定 导致力学行为不易于买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 通过理论预测；在通常认为中其表现不如高速风力机。  图 3同类型风力机对应 与pC，风力机是否有高风力利用系数，而在于它是否是一个高效率的机械，是否能够产生足够的电能。对于在高速旋转下，其他形式的风力 发电机已经开始减速甚至停止运转的情况下， 风力机在理论上仍然可以持续产生电能，此外由于 风力机的结构决定了它可以在极低的风速条件下启动，尽管效率较低，但这种类型的风力机可以在低速下启动发电，而在高速下也能正常运转，所以总体上效率上可以得到弥补。  （ 3）风力机的功率和转矩计算  进行求解定义风力机的单位宽度输出功率。其中 P 为风力机的输出功率， 用 L 进行求解， L 准则是相同机械应力下水平轴与垂直轴风力机单位宽度功率的比较准则，其中， L 为过风面积的宽度，即风力机的旋转直径 D ， 为叶片的机械应力。该准则提 出了单位宽度率的概念 (即风力机垂直于迎风面单位宽度上的功率 )，指出风力机在考虑叶片所受机械应力时，相比其他高转速的风力机， S 型风力机单位宽度功率更大。单位宽度功率为：  3m a a x, 8122                  （ 3 32m a x, 81                      （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23m a x,（ 3 222 3m a a x,          （ 3 式中：   水平轴功率和单位宽度功率； 垂直轴功率和单位宽度功率； 理论上风力机能达到的最大风能利用系数。从式 3式 3看出， 与 D 有关。而 有关。d 和叶片高度 H 共同决定。因此，叶片高度与直径之比 （简称高径比）对 S 型风力机单位宽度功率及风能利用系数有影响。通过查阅等过风面积工况下不同高径比 对风立即性能的影响可以看出， P 和时 的变化归路如图 3示，由 L 准则可得，增加叶片高度可以提高单位宽度功率；在相同过风面积下，单位宽度功率随高径比的增加而增加，但叶片直径减小；当单位宽度功率增加速度大于叶片直径减小速度是，风力机的输出功率增加。因此在高径比 1围内， P 和   的增加而增加。因此当 6 时， P 和   的增加而减小；当 6 时， P 和 最大值。因此，再封过风面积相等的工况下，单位宽度功率和总功率 随高度增加而先上升后减小， 6 为此工况下的最佳高径比。  图 3过风面积下不同高径比对 S 型叶片的影响  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 因此只要对式 3行变形求解出叶片高度 H 与叶片宽度 d 的比值即可。在本设计中无偏心距因此 e=0。原式可以转化为：  23m ax （ 3 在本式中取 6于本设计是用于风光互补系统中属于小型风力发电设备，因此风力叶片的直径 d=200入式中。可得  p 323m a x       （ 3 计算外形尺寸：  由 d=200 6=1200=400 4）相关力矩与转速的计算  根据本设计由图 3知，尖速比取在  间时，能得到相对良好的风能利用系数和转矩系数的平衡点。对风力机的设计将以此尖速比的取值作为基础进行相应的计算和取值。尖速比 为叶片线速度与来流风速的比值：  （ 3 式中 R 为风力机旋转半径， 为角速度。通过查阅资料发现在  适用于本设计。  图 3想 风力机的风能利用系数及转矩效率速比  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3所示为理想 风力机的风能利用系数的变化凸显。通过将 风力机叶片的各项参数进行优化得到最优化的风力机，理论上风能利用系数和转矩系数能够得到如图 3结果。  225.0                         （ 3 式中M 为转矩， s 为扫风面积。  则可由上式得：  s m 2  （ 3 由此可得风力机的每分钟转速  m 922 16060              （ 3 解数学模型及参数  体的性质和分类  流体宏观性质主要表现为流动性、粘滞性和压缩性。处于静态的流体和固体中，固体同时承受法应力与切应力，流体承受法应力，不承受切应力。即给流体施加切应力 ，无论大小，均使流体产生任意大的形变，流体的这个特征称为流动性。  当流体运动时，其内部存在一种抵抗流体变形的特征称为粘滞性。流体粘滞性与流体的性质、温度有关。不计粘性的流体称为理想流体，本模拟便采用了理想流体进行求解。  如果改变流体的压强、温度等物理参数，那么流体的体积将发生变化，这种性质称为压缩性。流体压缩性与流体的性质、外界条件有关。真实的流体都是可以压缩的。对于液体或低速并且温度不大的气体，可以近似的认为是不可压缩流体。  流概述  划分流体运动状态的基本参量，它将流体状态分为层流和湍 流两种。层流的基本特征是轨线和流线为一族光滑的曲线，各层流体层次清晰，没有混合现象，速度场合压强随时间空间做平缓的连续变化；湍流的基本特征是流体质点杂乱无章，即有沿主流的纵向运动，又有横向运动，甚至还有反向运动，各层流之间有剧烈的混合现象，流场随时间和空间的变化非常激烈。尽管湍流现象随处可见，但解决湍流问题是极其困难的，被认为是物理学中最困难的问题，所以不采用湍流理论进行理论计算，但需要利用湍流的知识来指导分析空气流场中不同叶片的表现情况，因此首先要确定本叶片所讨论的空气流动时层流还是湍流 7。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 诺系数  雷诺数通常作为判定流体是层流还是湍流的判据，因此分析中的一个重要步骤就是弄清研究的流体的密度和黏性从而得到流体的雷诺数。雷诺数的计算供述如下：  e（ 3 其中 为流体 密度。 v 为特征速度，例如入口 速度。 D 是特征长度，如物体的长度或管道的直径， 为黏性系数。一般管道的雷诺数小于 2070 为层流状态，雷诺数大于4000 为湍流状态，大于 2000 小于 4000 为过度状态。  力叶片流场模拟  旋转直径 D 为 400叶片进行流场模拟  （ 1）网格划分  首先在 按照设计尺寸生成所需的模型，然后将其导出为文件格式 用 开模型，并进行网格的划分。在进行网格划分时需要同时 对边界进行设定，本文中采用类风洞的研究方法来研究叶轮的流体性能，因此需要把简易风洞的各个表面同时也划分网格。  在本研究方式中叶片中心与来流出口的距离为 4000所以可以做出这样的简化是因风洞对叶片的主要影响是限制了绕叶片气体的流动 ,而这主要是直接包围叶片的工作段的作用。在叶片的表面生成一个风洞，风洞的形状为长方形。将