风力发电机空气动力学基础知识.ppt

风力发电机的安装与调试,窦建中6014,风力机空气动力学基础知识,Wind Turbine Basics,什么叫风？,风就是流动的空气，一块薄平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力，我们把这个力分解为阻力与升力。,风力和阻力,风力和阻力,图中F是平板受到的作用力，FD为阻力，FL为升力。阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。,风力和阻力,风力和阻力,我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，见上图，此时平板受到的阻力最大，升力为零。当平板静止时，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，阻力型风力机就是利用叶片受的阻力工作的。,风力和阻力,风力和阻力,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）。当平板与气流方向有夹角时（见上图），气流遇到平板的向风面会转向斜下方，从而给平板一个压力，气流绕过平板上方时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FD与升力FL。,风力和阻力,平板与气流方向的夹角称为攻角，当攻角较小时，平板受到的阻力FD较小；此时平板受到的作用力主要是升力FL,风力和阻力,飞机、风筝能够升到空中就是依靠升力，升力型风力机就是靠叶片受到的升力工作的。,翼型的升力与阻力,翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，翼型均为流线型，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型,翼型的升力与阻力,（1）前缘、后缘翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。,（2）弦线、弦长连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长，用c表示。弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。,（3）最大弯度、最大弯度位置中弧线在y坐标最大值称为最大弯度，用f表示，简称弯度；最大弯度点的x坐标称为最大弯度位置，用xf表示。,（4）最大厚度、最大厚度位置上下翼面在y坐标上的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度，用t表示；最大厚度点的x坐标称为最大厚度位置，用xt表示。,（6）后缘角翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角，用表示。对称翼型的弯度f为0，t1=t2,上下表面对称。,（5）前缘半径翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径，用r1表示。,翼型的升力与阻力,翼型的升力与阻力,民航飞机机翼的截面是常用的翼型，能产生较大的升力，且对气流的阻力很小，常用的飞机翼型上表面弯曲，下表面平直，是有弯度翼型（不对称翼型），见图，即使叶片弦线与气流方向平行也会有升力产生，这是因为绕过翼型上方的气流速度比下方气流快许多，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FL,翼型的升力与阻力,翼型的升力与阻力,翼型的弦线与来流方向的夹角称为攻角或迎角。当攻角增大时，翼型受到的升力会增大，有攻角的翼型能受到较大的升力，在来流不变时翼型受到的升力随攻角的增大而增大，阻力虽有增加但很小，与升力相比可忽略不计。下图是攻角为12度时的气流与升力图。,翼型的升力与阻力,翼型的升力与阻力,翼型的升力与阻力,有弯度翼型在攻角为某一负值时，升力为0，称该攻角为零升力攻角（零升力角）。,虽然翼型受到的升力随攻角的增大而增大，但攻角增大到某个临界角度后，翼型上方气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升，这一现象称为失速。对于不同的翼型这个角度也不同，一般为10至15度，,翼型的升力与阻力,风力发电机有阻力型与升力型两种，水平轴风力机基本都是升力型，垂直轴风力机有升力型结构也有多种阻力型结构,课后作业,1.三人分一小组；2.合作做一个风筝3.下周为课外活动课4.风筝比赛,