风力机空气动力学基本原理PPT课件

。风力涡轮机空气动力学基本原理，主旨演讲人：卢汉，2009年10月21日。空气动力学是流体力学的一个分支，主要研究空气运动的基本规律和空气与物体之间存在相对运动时空气与物体之间的作用力。流动的空气就是我们通常所说的风。太阳辐射导致地球表面大气压力的不均匀分布，导致空气运动形成风。风向和风速是描述风特性的两个重要参数。风的形成和定义，风力涡轮机的组成，风力涡轮机是将风能转化为电能的装置。通常由风轮系统、传动系统、电气系统、控制系统和塔架系统组成，其中风轮是最关键的部件之一。风力涡轮机根据其结构分为两类：垂直轴风力涡轮机、水平轴风力涡轮机、垂直轴风力涡轮机、水平轴风力涡轮机和垂直轴风力涡轮机。它的主要优点是它可以接受任何方向的风，所以当风向改变时，就不需要风了。对于较大的风力涡轮机，由于挠度和安全极限应力的限制，很难采用这种结构形式。垂直轴风力发电机组的风能利用系数低于高速垂直轴或水平轴风力发电机组，在风轮的尺寸、重量和成本一定的情况下，垂直轴风力发电机组提供的功率输出较低，因此垂直轴风力发电机组在发电方面缺乏竞争力。根据风轮在气流中的位置，水平轴风力机可分为迎风型和顺风型，水平轴风力机也可根据风轮的转速(叶尖速比)分为：低速水平轴风力机和高速水平轴风力机，低速风力机的叶片数在12至24片之间，叶片几乎覆盖了风轮的整个表面。这些多叶片低速风力涡轮机特别适用于起动转矩较高的低速环境，主要用于提水等负载转矩较大的场合。低速水平轴风力涡轮机、低速水平轴风力涡轮机、高速水平轴风力涡轮机和高速风力涡轮机只有1-3个叶片。高速风力涡轮机由于其高速度而特别适合于风力发电，因此大多数用于发电的风力涡轮机由高速风力涡轮机驱动。高速水平轴风力发电机组，风轮的组成和功能，风轮一般由1 3个叶片和轮毂组成，其功能是将风能转化为机械能。风轮系统的工作原理是风轮叶片在风的作用下产生气动力，带动风轮旋转，将风的动能转化为机械能，然后将机械能转化为电能。风力涡轮机叶片的性能直接影响能量转换的效率。风力涡轮机叶片是风力涡轮机最重要的部件之一。其平面形状与风力机的截面几何形状和气动特性密切相关，尤其是截面几何形状，即翼型的气动特性，将直接影响风力机的捕风效率。空气动力的产生，当一个物体在空气中运动或空气流过一个物体时，该物体将受到空气的作用，这称为空气动力。风轮空气动力学的几何定义，1。风轮轴：风轮旋转运动的轴线；2.旋转平面：垂直于风轮轴的平面，当叶片旋转时；3.风轮直径：风轮扫掠面直径；4.叶片轴线：叶片的纵向轴线，围绕该轴线，叶片相对于旋转平面的俯仰角可以改变；5.半径为R的叶片截面(翼型):叶片与半径为R的圆柱体和风力涡轮机轴轴线相交的截面；6.桨距角：半径为R的翼型弦线和旋转面之间的夹角。风力涡轮机叶片基本上由不同的翼型组成，这些翼型在从叶片根部到叶尖的径向位置上以不同的扭转角和弦长排列。叶片的二维假设表明，转子叶片周围的空气流动相当复杂，是一个复杂的问题、翼型结构和基本概念、翼型几何参数，通常翼型几何形状由以下参数决定：翼型前缘A:翼型前缘A是圆头；翼型的后缘B:翼型的后缘B是尖的；翼型弦线C:连接翼型前缘和后缘的线称为翼型弦线长度，即翼型的弦长C，弦长C是翼型的特征尺寸。中间弧：连接翼面内切圆中心的线称为翼面的中间弧，对称的翼面中间弧与翼面的弦重合。在机翼平面上，来流v和弦线c之间的角度定义了机翼的迎角，也称为迎角。当翼型的迎角大于零时，翼型的下表面压力大于上表面压力，气流在翼型上形成合力。合力F是作用在机翼上的空气动力，其方向垂直于机翼的弦线。合力可分为两个分力：一个分力F1垂直于气流方向，称为升力。另一个分量FD与气流方向相同，称为阻力。升力系数、阻力系数和力矩系数的定义分别表示为v、和c，翼型的来流速度、空气密度和弦长表示为m，那么翼型的基本气动特性可以由以下无量纲系数表示：升力系数、阻力系数、力矩系数、翼型升阻特性曲线、风力涡轮机叶片的核心参数、风力涡轮机叶片的核心参数：设计叶尖速比、设计风速v、 每个叶片元件的翼型形状、转子直径d、每个叶片元件的弦长c和安装角度。 对于具有给定输出功率的风力涡轮机，风轮的直径d是：风力涡轮机的额定功率；CP-风能利用系数，一般在0.4-0.5之间；传动装置和发电机的总效率，一般为0.4 0.65；空气密度，(15)；翼型的攻角和升阻比，翼型的选择对风轮的效率非常重要，性能好的翼型应该在一定的攻角范围内保持较高的升力系数CL，而相应的阻力系数CD较小，即在一定的攻角范围内有较高的升阻比。翼型速度三角形，翼型桨距角，= :翼型迎角:叶片桨距角:叶片入流角。设计风速决定了风轮的最佳叶尖速比。风轮的叶尖速比和风轮的叶尖速比是风轮叶片的叶尖速比与设计风速的比值。叶尖速比与风轮效率密切相关。在风力涡轮机没有超速的情况下，在高叶尖速比状态下运行的风力涡轮机具有较高的风轮效率。翼型和翼型的选择对风力涡轮机的效率非常重要。性能良好的翼型应该在一定的攻角范围内保持较高的升力系数，而相应的阻力系数CD较小，即在一定的攻角范围内具有较高的升阻比。此外，它们还应该具有良好的可制造性。叶片单元理论，叶片气动外形设计结果以叶片弦长、扭转角和厚度沿叶片延伸方向分布的形式给出。叶片弦长分布、设计工况、叶片扭转角分布、设计工况、叶片相对厚度分布、设计工况、风轮参数，风轮由叶片和轮毂组装而成，整个风力涡轮机中的风轮具有以下参数：叶片数量：构成风轮的叶片数量。锥角：叶片与转轴风轮垂直面