风力机原理与应用课设说明书.doc

课程设计说明书600kW风电机组叶片气动设计名 称： 题 目： 院 系： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成 绩： 日期： 目录1、 绪论2、 设计内容与任务3、 设计基本参数4、 设计理论基础5、 设计流程图6、 设计步骤7、 相关图表8、 相关问题讨论9、 总结10、 参考文献一、绪论风能作为一种可再生的清洁能源，越来越受到各国的重视。风能蕴藏量巨大，远远超过现今广泛利用的清洁能源水能。中国风能资源丰富，具有很大的开发利用潜力。将风的动能转化为机械动能，再将机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风机叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。1、 设计内容和任务1、基于叶素和动量理论设计水平轴风力机叶片；2、绘制风力机叶片弦长随叶片展向长度的变化曲线；3、绘制风力机叶片扭角随叶片展向长度的变化曲线；4、绘制设计风力机的性能曲线；5、绘制设计叶片的图纸，以及各位置的叶片翼型结构图纸；6、编写设计说明书，并附上必要的计算公式。三、设计基本参数1、三叶片风力机功率；2、来流风速14；3、风轮转速26.8；4、风力机功率系数；5、传动效率为0.92；6、发电机效率为0.95；7、空气密度为1.225。4、 设计理论基础1、根据动量理论，描述作用在风轮上的力与来流速度之间的关系。2、根据叶素理论，将风轮叶片沿展向分成许多微段，即叶素，并假设在每个叶素上作用的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和阻力。3、叶素-动量理论，假设各个叶素单元作用相互独立，各个圆环之间没有径向干扰，轴向诱导因子a 并不沿着径向方向改变。计算每个剖面 的来流角计算每个剖面 的形状参数计算弦长确定展弦比选定翼型计算安装角修正升力曲线绘制翼型图 与叶片图确定叶尖速比确定叶轮实度确定叶片数目计算风轮直径将叶片分为 10个剖面五、设计流程图6、 设计步骤1、 计算风轮直径D风轮直径可由公式得出。经过计算，可得=34.8m，叶片半径=17.4m。2、 确定叶尖速比风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比。通常在风力机总体设计时提出。对于特定的风轮，其尖速比不是随意而定的，它是根据风力机的类型、叶片的尺寸和电机传动系统的参数来确定的。由风轮转速公式，可得=3.53、 确定叶轮的实度和叶片数目z风轮的实度是指风轮的叶片面积之和与风轮扫掠面积之比。实度是和尖速比密切相关的量。实度的影响：风轮的力矩特性，特别是起动力矩；风轮的重量及由此所决定的使用材料的成本。如图所示，叶尖速比为3.5，取实度为0.1比较合适，而对小型风力机叶片数z=3是较为合适的。4、 将风轮叶片分为10个剖面现将风轮叶片分为10个剖面，每个剖面间隔0.1R，计算各剖面的值。r/R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.350.71.051.41.752.12.452.83.153.55、 确定每个剖面的来流角每个剖面的来流角亦可以用公式，即来计算。r/R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.062.3043.6032.4125.4620.8517.6115.2213.3911.9510.786、 确定每个剖面的形状参数N确定每个剖面的形状参数N，可由图读出，亦可由公式得出，其中。r/R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0N21.198.254.282.571.701.210.900.690.550.457、 选取翼型本次设计选取NACA0012h型号翼型，当，翼型升阻比,攻角，此时升力系数。8、 计算弦长C对于每一个计算点，使用公式求得弦长C。r/R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0C11.859.237.185.754.764.063.523.092.772.52C5.475.134.804.474.143.813.523.092.772.52由上计算可知，根部区弦宽太大，故进行线化或其他处理（如下图），实际设计弦长取上表中的C值。9、 计算叶片展弦比展弦比是指半径的平方与面积的比值，对于形状均匀叶片，展弦比可以简化为半径与平均弦长的比值。平均弦长可由公式求得。=3.81展弦比=4.57展弦比的大小对飞机飞行性能有明显的影响。展弦比增大时，机翼机翼展弦比计算用图的诱导阻力会降低，从而可以提高飞机的机动性和增加亚音速航程，但波阻就会增加，以致会影响飞机的超音速飞行性能。所以亚音速飞机一般选用大展弦比机翼；而超音速战斗机展弦比一般选择2.04.0。展弦比还影响机翼产生的升力。如果机翼面积相同，那么只要飞机没有接近失速状态，在相同条件下展弦比大的机翼产生的升力也大，因而能减小飞机的起飞和降落滑跑距离和提高机动性。展弦比越小，横向流动所波及的相对范围就越大，升力系数曲线的斜率(以后简称升力线斜率) 自然就越小，如图所示。10、 根据叶片展弦比对升力曲线进行修正用经验性的校正，调整攻角，以得到最佳的升阻比k，根据升力曲线与轴相交处的攻角，采用下列公式算出校正后的攻角11、 根据计算角r/R0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.062.3043.6032.4125.4620.8517.6115.2213.3911.9510.7846.6927.9916.809.855.242.00-0.39-2.22-3.66-4.8312、 绘制翼型图7、 相关图表8、 总结本次课程设计不仅检验了之前所学习的相关风力机与流体力学方面的知识，也培养了如何将理论知识付诸于实践，在实践中加深对理论知识的理解的能力。在设计过程中，不仅需要自己去钻研，去深究，更需要与其他同学探讨，交流。在交流探讨中发现自己的不足，努力改善，更为重要。新能源科学与工程作为一个有富有特色的专业，风力机组是需要深入学习的，从叶片设计的的资料收集到叶片弦长的计算，从叶片叶素的绘制到叶片形状的描绘，能深入了解了叶片从计算到制作的各个过程，而原本经过风力机空气动力学