风力发电原理解析教学课件

6弊壯史自去塔风力发电原理刘赟热能工程教研室P131-1能源动力与机械工程学第四章风轮的基本理论风电机组气动设计的基本理论可以大致分为动量理论、涡流理论和动态尾流模型等,相关的数学模型主要有贝兹(Betz)理论、萨比宁(Sabinin)理论模型、徐特尔(Hutter)模型、葛劳渥(Glauert模型等阻力叶片和升力叶片翼型的选择升力型风轮的升力和阻力叶素理论NAGA翼型命名动量理论风轮叶片专用翼型涡流理论P131-2能源动力与机械工程学54-1阻力叶片和升力叶片叶片按做功∫升力叶片升力型风轮原理分类阻力叶片阻力型风轮阻力叶片依靠风对叶片的阻力而推动叶片绕轴旋转的叶片称为阻力叶片。P131-3能源动力与机械工程学6弊壯史自去塔图中显示了空气流作用于阻力叶片的流动分析。空气流以v的速度作用于面积为A的阻力叶片上,其捕获的功率P可以从阻力D和相对速度v得出,即P=DUr式中:相对速度U=Un-UU=nw为风轮半径r处的线速度;D为由相对速度产生的阻力为气动阻力。图5-1纯阻力板流动分析P131-4能源动力与机械工程学6弊壯史自去塔阻力D应用空气动力学阻力系数C表示为D21-v)2A由此阻力产生的功率为PA则风能利用系数C可表示为P112CAP1/2Av3P131-5能源动力与机械工程学6弊壯史自去塔P1/2Cp(vAWw-VrAVr1/2Av2对=f()求极值得出,当=2/时,最大风能利用系数为Pmax27D考虑到凸面的阻力系数最大不超过013,则可以得出纯阻力型垂直轴风轮最大风能利用系数Cm≈02,与Betz理想风轮的CPmax=0.593相差甚远,以上分析说明,风轮的风能利用系数的大小,与叶片的性能有很大关系。P131-6能源动力与机械工程学6弊壯史自去升力型叶片图示为升力型叶片的翼型,指垂直于升力叶片长度方向,截取叶片而得到的截面形状。此类翼型的叶片因风对其产生升力而旋转做功称为升力型叶片。片元图5-2翼型的几何特征P131-7能源动力与机械工程学图5-2翼型的几何特征翼型尖尾B点为后缘,翼型圆线头上的A点距离后缘最远为前缘,风从前缘进入,从后绿流出ANB所对应的曲面为下表面,AMB所对应的曲面为上表面,运行中下表面产生的压力高于上表面。翼弦是连接翼型前、后绿的直线段,通常用表示P131-8能源动力与机械工程学6弊壯史自去塔图5-2翼型的几何特征翼型厚度是指上、下表面之间垂直于翼弦的直线段长度用S表示,最大厚度值为Sna翼型的中弧线是翼弦上各垂直线段的中点的连线,如图中的虚线际示中弧线到翼弦的距离叫做翼型的穹度,其最大值为fm升力型叶片应用得比较多,因为升力型风轮比阻力型风轮获得的风能利用系数更高。航空领就是利用了机翼叶片的升力作用,使飞机在天空中航行。P131-9能源动力与机械工程学升力毕史负压区速度翼型弦线阻力攻角自由流速度正压区图示为机翼在空气流中运动的受力分析,图中矢径的长短表示矢量的大小,其中下表面的矢量为正压,而上表面的矢量为负压。空气流作用于机翼时,在机翼下表面产生的压力较高,而在机翼上表面产生的压力较低。正因为上、下表面的压力差,在滑行的过程中对机翼产生阻力和升力沿着空气流反向产生的作用力,因阻碍叶片向前