水平轴风力机的气动设计(简化法)_第1页
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文档简介

水平轴风力机的气动设计,为了设计出效率高、运行可靠的风力机，必须解决以下两个问题,1.首先是确定风轮的基本几何尺寸与特征参数，如叶片数、风轮直径、叶尖速比；确定叶片的空气动力参数，如翼型、各叶素弦长，各叶素安装角、叶片外形等,2.确定叶片与风力机所受的力，也变按照强度、刚度要求设计叶片结构和叶轮,水平轴风力机无论是过去还是现在都是最流行、采用最广泛的,叶片的外形设计一个叶片的外形设计包括：叶片数z、确定风轮直径D、叶片各剖面的弦长L、叶片的安装角，以及选取各剖面的翼型。叶片的主要性能参数：额定功率：1000W额定风速：10m/s起动风速：4m/s机电效率：0.81抗最大风速：54m/s公称电压：DC24/48最大系统效率：32噪声：70dB（A）工作温度：-40+60,一、叶片数和风轮直径的确定风力机风轮的基本几何尺寸与特性参数取决于它的使用目的和当地年平均风能密度。如发电用高叶尖速比、提水用低叶尖速比1.叶片数z的确定依它的使用目的和当地风能情况决定水平轴风力机采用高速风轮还是低速风轮之后，叶片数z也就确定了,单叶片风轮：优点：机组费用低；缺点：需要增加配重和空气动力平衡措施。2叶片风轮优点：实度小，转速高；缺点：需要解决结构载荷问题，费用反而高，需要柔性轮毂。3叶片风轮优点：效率比单叶片和两叶片稍高，受力平衡好，轮毂简单；缺点：风轮重，费用高。,对于5的大型高速风力机选叶片数（1、2、3）需要考虑四个原则1）提高转速n就要减少叶片数z可减小齿轮箱的变速比，降低成本2）减少风轮成本就要减少叶片数3）叶片叶素的弦长L与叶片数z成反比，应综合把握这两个参数的尺度4）风轮转动质量的动平衡，振动问题控制的难易程度，风轮运转噪声的大小。,2.风轮直径的确定在功率P和风力机前风速V1已知的条件下，选定叶尖速比并预估在此下的Cp值,二、叶片翼型的选择一般来说，随着雷诺数的增加，翼型升阻比增加，当雷诺数超过该翼型的雷诺数时，其升阻比不再变化。风轮转速高应选用薄而弯曲小的高速翼型，它的阻力小，能够保证大型风力机的气动性能。多叶片的低速风机，由于叶片上气流的雷诺数低，一般不需要特殊翼型设计。,三、叶素弦长和安装角叶素弦长是很重要的，它决定了风轮前后的速度比是否达到最佳，V2/V1=1/3；安装角=-它通过攻角对叶片的升力阻力产生很大的影响。简化叶素理论忽略了有限弦长的叶片在叶尖和叶跟产生的旋窝萨比宁和葛劳渥等理论引入了旋流概念,1）最佳叶素弦长、安装角,截面上获得的推力dT,切向力dA为,通过该风轮圆环面积的空气流量Q为,当叶素弦长为最佳值时,风轮后的速度达到贝兹理论的指出的要求：V2=V1/3,由于dT=dT；并且V1-V2=2（V1-V）,空去对风轮施加的推力为,所以：,最佳叶素弦长,而,为了与萨比宁等人提出的方法做比较,当选
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