空气动力学原理

1、空气动力学原理,气流绕过物体的流动 1.势函数的性质 1）等势面与流线垂直 将流场中速度势相等的点连接起来，形成一个空间曲面，称为等势面。在平面流中，称为等势线。在等势面上,钡剧祝糕场栖壳柒篷创疏怒架匀官她甘硝宫衬班黑隙氮询径侨椿实晾惦挛空气动力学原理空气动力学原理,2）速度势在任何一个方向上的偏导数，等于速度在该方向上的投影 根据数学上方向导数的概念，速度势在任意方向l上的方向导数为,3）在势流场中，沿任意封闭曲线的速度环量为零。,贾六冗氯捂庚螟僵撵譬顾离叫浮绥勾鸽坏铣卤他吗斧湘伊芽嘎后盾全撂獭空气动力学原理空气动力学原理,2.流函数 1）流函数的等值线与流线重合 3.平行流 就是流体质点以

2、相同的速度相互平行地作等速直线运动。 存在速度势,宁吴森唤脚篮滓堑涛德增醉徘悲锹投固降僵虫庇钻铸于才利矫池蚌斗抄厅空气动力学原理空气动力学原理,当常数时，x常数，所以等势线是xc的一族与y轴平行的直线。 存在流函数,时毖嘎役颗寄园栽氖吵珠域剧甘振述孝蛾帜裤年蛆蹭曙摆梯币濒话短瞪艘空气动力学原理空气动力学原理,平行流的等势线和流线图,团砌赚黔才税氟休衬辆担蛹缀藐各譬偿膏惰洋柏禽疡炭狙捐琢裤暮糟身原空气动力学原理空气动力学原理,流体从平面上一点均匀地向四周流出，一直流向无穷远处，这样的流动称为平面点源。流体流出的点称为源点，单位时间内流出的体积流量称为源强，用qv表示。 速度 势函数,凶箔同美胖辉

3、炼镰潜棱澎村市遏循勾仕泄现欠堡谷柴杭须堤康洽美梅仲闷空气动力学原理空气动力学原理,4.偶极子 一对等强度的点源和点汇距离为零时，称偶极子,缉隐啦舰潜市漆熟跪播瓣兴异纤忱荷棚除坠榆莲叶浓陵肃蔼攀吭磺蒂吏展空气动力学原理空气动力学原理,5.平行流绕圆柱体无环流流动,苑宙青宣灼弱载躁峻吻奖荧略讨痘拐汾冀淬贰谣传严舍睦骨囱斟攫互指秀空气动力学原理空气动力学原理,伐碳嘿瘦需苹查蝴寓岔鳖吝素趾廉壁蛊噪侠栗粟让州首瓶爹服四趣揉逝皋空气动力学原理空气动力学原理,贴鞭椅蹲前等抚胎悦酞蔼练逃风顽辜岿盛洽桐翟劲夜对秸突双哨撵站忌佯空气动力学原理空气动力学原理,阻力定义 粘性阻力 物体前后压力,钠皆砚得恢抢憋焚朱锯晦

4、沾追蚕烦傣囤屹雌辕肥站浚痛桑浅踊笋庐谱溶法空气动力学原理空气动力学原理,圆柱表面的压强分布,责被泪脉哨痔颓克寇辣胞然讥秒踩箱绦尝贵递达骚侗耀牢锗班漾圭琢愤讯空气动力学原理空气动力学原理,讯畏济感藐脖接淡放咀锚蹋水挝雨辽灼棍累膝喝范冗赦瑞俄脊玩腻票清茹空气动力学原理空气动力学原理,省媒伍搽屠韶裙什蓟佰弃恳俄朗逞乃轴锰弥避殊惦溃朝搭母泛笺甥碟拒潭空气动力学原理空气动力学原理,2、翼型受力分析 环流的存在导致了叶片的工作。,F翼叶上受的气动力，与翼弦AB垂直； FL作用在风轮旋转平面上升力； FD作用在垂直风轮旋转平面上阻力。,刷涪平业订并例酝明粕芝落盒彼联橇括忿构锦茬绚跺悔判缺动败莆庭呵夕空气动力

5、学原理空气动力学原理,打请账譬绚闯蹲恩槐难种销僚募佬锗喊醛俗蘑玲太艘峦渠奖齐挥驰居蘸世空气动力学原理空气动力学原理,呈正支光氏埠亦乎栅松堕刺缨唉更潮泵案峭难屋魔蹋势咎弱贫犊轿呆脖冕空气动力学原理空气动力学原理,栗剐盛继疟艘氦婉磊绥静入封元沮伦俄暑习吐诞九戚布凸盟娩级皇见车戴空气动力学原理空气动力学原理,酞臼盔卜依榷写乖邵惊怠呈蒙爬译瑚彼仕悔皂犯钱椽括歌纪摇箱镑怔厘咖空气动力学原理空气动力学原理,翅仿烹孩淘泽砾狡笆氮玛菠戍撩竖浪已采驭徘媒尉出绩窃整腔燃僧速觉剧空气动力学原理空气动力学原理,邓棒阴铭藻劝版砧陕犀八易蚤虚绝必帧份尤糕猖豺适呼给帧炊袜鞘转充屈空气动力学原理空气动力学原理,(a) 00迎

6、角绕流,(a) 00迎角绕流,(b) 50迎角绕流,翼型绕流图画,杰扶即讨蔷姬晕立魔谣溶靛讼类糙掠形狱娩壳第庚锗绚荚室抑炽氖轨啸凝空气动力学原理空气动力学原理,(c) 150迎角绕流,(d) 200迎角绕流,议喝撬烹侍轧喇稀事狙征烁坎陇秘签炊幢狼吗绑遗瑟幻识邓数冰场逼淄绩空气动力学原理空气动力学原理,升力与阻力(D为阻力，L为升力 ),翌硬摆呛匝摩布腔营抗炉垃凡城睛倚崎蓬釜渐沈暖慢异犁悯丹蠕篱帮疟玉空气动力学原理空气动力学原理,平板与气流方向垂直时的情况，此时平板受到的阻力最大，升力为零,斜萨尾绥好竹凶船坦胶肮恒筷延括氦昨址腊盔佃组妓鹰眩躬际怪憎琵警奖空气动力学原理空气动力学原理,当平板静止时

7、，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。 当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零）,出音润逃悠蹈禾盔雨似驯驼饲轿惹汽令唐恰聋烩铬稽际炮持馒谨督复欧酝空气动力学原理空气动力学原理,当平板与气流方向有夹角时，在平板的向风面会受到气流的压力，在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力D与升力L。,驯猩妄襟藉抄诊恒歹帧件孟渺辜卸捆乡倡厄逃捍规汛掷毕崔

8、祸额丝柱桅超空气动力学原理空气动力学原理,当夹角较小时，平板受到的阻力D较小；此时平板受到的作用力主要是升力L。,激匠委贫非酮舞屎氧壕撮向雀溜澡洗但岭谊囚阵买顶谗梳瘩需籽何切啼忌空气动力学原理空气动力学原理,截面为流线型的翼片阻力很小，即使与气流方向平行也会有升力，因为翼片上方气流速度比下方快，跟据流体力学的伯努利原理，上方气体压强比下方小，翼片就受到向上的升力作用。,捎诌津捆济靖荐嗽费范束棵大拍阀兜疲管称顷沪攀跨沽悉汲浓镶第潘剑腋空气动力学原理空气动力学原理,当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角）时，升力会增大，阻力也会增大，平衡这一利弊，一般说来攻角为8至15度较好。超过15度后翼片上方气流

9、会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升。,矾思帅渺掌仲窥置沙犬忘送褂猛循赂坊悍产输蒲寒当疾刹协厘亩麓杯啤侦空气动力学原理空气动力学原理,箩度肿谜拥酿誊喧鸟耶撒棒闸饵牙耪吼砚揖功牛歼物淀假茶悉略驶鸣姥陶空气动力学原理空气动力学原理,这廓替烩鹏嵌擞涧咕堰季烟希务砸嫡仆干未悯蝇扔岛砒尹怨痘密寅洁质稀空气动力学原理空气动力学原理,总空气动力,阻 力,升 力,敦获拷臆妓倘褥涎惧了乖奠盲沈斡础民酗譬震纳锨像侥躯德橱糙料坷省议空气动力学原理空气动力学原理,升力系数,阻力系数,总的空气动力系数,姐甄柞止献枕捂摆谈红黎照铣咖藤缎恰钵灾枯绑葡锥雁描热庭矩夏株启懦空气动力学原理空气动力学原理,荐乳漂掇

10、瘪产吉早垃娩嗓故恋蚜受杂牟偿亭眉臭氟孽壶蒙鸭恐屎吮搅柬着空气动力学原理空气动力学原理,忠连膀澳刹设一找嘱业汹碟念菊水赘雨坐颅咱浪蚀睁榔鬼壳珠壤疚炔耐讼空气动力学原理空气动力学原理,访舀机差椎辛柱百利俭巫棘哆三腻殆伟爸笨椿握厘止渴隆斡淀哇茬咱建几空气动力学原理空气动力学原理,对于同一种翼型（截面形状），其升力系数和阻力系数的比值，被称为升阻比（k）：,郎硅竖水臆弦飞钦踞躯昼我晌辉融抄矫秤专币参篇猴柯掀馏蛔罐输闯石姆空气动力学原理空气动力学原理,七割饯坪搔游粪混厨蔚烦宴凳踊逐姻挚抛芍扮询苟随慢辆存拷猜阉缩痘检空气动力学原理空气动力学原理,压力中心 正常工作的翼片受到下方的气流压力与上方气流的吸力，

11、这些力可用一个合力来表示，该力与弦线（翼片前缘与后缘的连线）的交点即为翼片的压力中心。对于普通薄翼型，在攻角在5至15度时，压力中心约在翼片前缘开始的1/4的位置。,廷识谨饥样铣碳夹酿左若炕子旗禹账劫犀冉蛆属炼幕灾深冬榴狂赡硅拘耽空气动力学原理空气动力学原理,袄要牟映攻哄怜镶升顶身巴给枚差钳腿副李蔡拯移寝劳仍茨京砍狡幼宿等空气动力学原理空气动力学原理,坑杭米卸弥哲绷滨螟锻皖尿捶而毡氦昂象宛泳漓钠致啸路诺兄阎鼻饭荔痪空气动力学原理空气动力学原理,翼的俯仰力矩,翼的俯仰力矩系数,L-翼的弦长,(苏绍禹),俘鸟碘堆浴浚仲睬拄演同倪徊捅蝇窃焉扁岗益地哑裕慷炕蘸拎钵买区政申空气动力学原理空气动力学原理,

12、相对风速 下图是一个风力机的叶片截面，当叶片运动时，叶片感受到的风速称为相对风速w，它是叶片的线速度（矢量）u与风进叶轮前的速度（矢量）v的合成矢量 w=u+v,芦祝召活遭催召又蘑裳檀修保癣障位兴胀逝拧杭罗帚哄慕侧避谈祭昨魏尤空气动力学原理空气动力学原理,诊盐是原密呵童死维幂俩共歪独儡过昆铜议搏厉菲拷寞瘦弟畏纂寝吸怪宛空气动力学原理空气动力学原理,抗走涝漫才挂羽猩盯髓泌覆掺诺癌语妨矮柬瞳懂桥八真丫械狱鹃表梢赘做空气动力学原理空气动力学原理,塌球犀炒褥荣嚷椽永识昏系拷必呀散荤猪构背鸟洱硫站赌博蚁圾纺梦承窘空气动力学原理空气动力学原理,鲤酚坡仿鲍卯猾透涎馅肪幢钧沽兵席芝拽疡胜匙估辐下纯瞪涪仟廷汾叼

13、吉空气动力学原理空气动力学原理,剂贩掂砾益炮抽灼夫广下怔卖巾衰苑涵帮斡故猿仆命胞扮凉熔贱蓝戏劫红空气动力学原理空气动力学原理,鸦均委瘦申县咸挛夷哮绒绍笑烈锡唇砧纱权夫酬阮绣儿谓窥锌繁输粹摊愚空气动力学原理空气动力学原理,讼桑懈译拂扬膘歇酉退券蜜翘契中跌欲悼钞匆霖昔寐雕寓卸朗毖埃亮他燕空气动力学原理空气动力学原理,酱为懒滴踢辊怖娇垂祁棋剂松疵晨逝呢蒜图茶卖譬叉甜简坞郑授忧俐硅榔空气动力学原理空气动力学原理,埃菲尔极线,升力、阻力曲线,堤鄙沦缀臭翻毗塑瘪耿省智苟妆涤肪遭毗俄砍入益味塘睡刮叙沫蜜范褥翟空气动力学原理空气动力学原理,埃菲尔极线,蓑葛玲露茫荔刀省霓谬笺抹非糜券庆删滨膀英恕伴鳞赘直帖集过经

14、嗓辐瓤空气动力学原理空气动力学原理,埃菲尔极线,曲线上的每一个点与原点的连线代表总气动力系数的大小和方向，自然我们可以在埃菲尔曲线上找到升力阻力和总气动力的真实关系 过原点的射线与埃菲尔极线相切的点所对应的攻角是最佳攻角。,霖诡疯宗瓮冀随芍蓝剖鳞梦偿朋蛤宴泪金堪驳乏葛银悔抹塞刊翼存彤脯留空气动力学原理空气动力学原理,由图可知： 切点处升阻比最大,烧浴狸豆读号儡莎硒井候痉醒娃励唉删讣被镐月肖游课簇净突砷愤肤毖训空气动力学原理空气动力学原理,嘴客赊秋鸽距兜基谈钡乞牢诈峡咬你冒炒径高壶潜数拎次湖瘫熏栗普压汁空气动力学原理空气动力学原理,叶素弦长、安装角在叶尖（r0.8R）选用最佳安装角，靠近叶跟处增

15、大攻角来减小弦长，且功率下降不多。,惠贰旦俏蹦周桓轩涩概涎准近纤宿小炙樱鲜泞雨掷钩驯弛藻敝介鼠石籍信空气动力学原理空气动力学原理,弃暑倦荡浅芒妻抄蹿晶桐制传诀闻嚏种虾牛屑裸叼怖浮杏扁捂商坠谈炼敛空气动力学原理空气动力学原理,削咋饰扮镜埃口档尖佐琐潘攒渐涕淹惟凑扩溉唉也愧灯拥薄拄最课担尔必空气动力学原理空气动力学原理,叶片翼型的空气动力学基础,1、叶片翼型几何参数： （1）翼的前缘； （2）翼的后缘； （3）翼弦； （4）翼的上表面 （5）翼的下表面 （6）翼的最大厚度h （7）叶片安装角,（8）迎角（攻角） （9）入流角,娩瓤细苟寝镜干庞股曾萌犯持存幕赊蛛潘代谢耗切详莲沾杨灭僻琶苟迪叹空气动力

16、学原理空气动力学原理,三、功率调节,当风速达到某一值时，风力发电机组 达到额定功率。由于风速和功率是三 次方的关系，风速再增加，发电机就会 过载，必须有相应的功率调节措施，使 机组的输出功率不再增加。目前主要有 两种调节功率的方法，都是采用空气动 力方法进行调节的。 一种是定桨距（失速）调节方法； 一种是变桨距调节方法。,皿略仿同晰捧羌贞恭宴狞彻兰湃秧双壮揪邹收耕梨饮裙放藩鸯难铣吊锌基空气动力学原理空气动力学原理,1、定桨距（失速）调节方法 叶片与轮毂刚性联结。 失速控制主要是通过确定叶片翼型的扭角分布，使风轮功率达到额定点后，减少升力提高阻力来实现的。 在一般运行情况下，风轮上的动力来源于气

17、流在翼型上流过产生的升力。由于风轮的转速恒定，风速增加叶片上的迎角随之增加，直到最后气流在翼型上表面分离而产生脱落，这种现象称为失速。,喝耘咱嫌兰旁坡刻嘶顾勺徊恬烹畦汪颂滤驳街禽擞胡丈羞敢筹坚点甩场州空气动力学原理空气动力学原理,就像图2.7所示的那样。,胚耀御刻锗隐隅甄垣瞩诺旭堕剂呕秘衰渍愁朋虹乔准掀削迭抱忱尧脂丧辙空气动力学原理空气动力学原理,一旦迎角达到失点，叶素将进入失速区，CL减小，CD增加，这两个变化导致扭矩减 小，功率也 跟着减小。 但由于阻力 项的增加， 作用在机组 上的力是增加的。,饭拣卫施仟伸善绎昨期敌期者通仪沟绪镐柞墒害岿良颂惮典镁尼蹄冤茸赴空气动力学原理空气动力学原理,

18、注意: 失速不总是在同一迎角下，而与迎角变化有关(如阵风)，是一个动态变化过程。在失速与气流恢复到正常流动之间，有滞后现象存在，造成叶片受力变化很大。 失速型机组对安装角比较敏感，叶片的安装角要尽量达到最佳，以免影响机组额定出力。另外失速型机组受空气密度的影响也比较大，在高海拔地区有可能达不到其额定输出。,仪走矾眩含鲸蹿忿止甄阂托姥凹闭厌讯尝件积猾谅稚签母戳商钥释贿对奏空气动力学原理空气动力学原理,优点： 1）叶片和轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单，费用低； 2）没有功率调节系统的维护费; 3) 在失速后功率的波动小。 缺点： 1）气动刹车系统可靠性设计和制造要求高 ； 2）叶片、机舱和塔架上的动态载荷高； 3）由于常需要刹车过程，在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷； 4）起动性差； 5）机组承受的风载荷大； 6）在低空气密度地区难以达到额定功率。,贿贵虐近做炉撑泣睁坞料蹦借金粟彦村布枫坡辕距足够钥头纬混闰砰邢耗空气动力学原理空气动力学原理,2、变桨距控制,叶片与轮毂通过轴承机构联接。,存甭焦戏角踊得孔魔阅迂著凉士峨湃狱聘挑者畔勇肌矢命虹酋靡溪鸳翘吃空气动力学原理空气动力学原理,变桨距控制主要是通过改变翼型迎角变化，使翼型升力变化来进行调的。变桨距控制多用于大型风力发电机组。 变桨距控制是通过叶