叶尖速比与风能利用系数的图像
_风力发电实验指导
风力发电实验风能是一种清洁的可再生能源，蕴量巨大。
全球的风能约为2.7×10 8万千瓦，其中可利用的风能为2×10 6万千瓦，比地球上可开发利用的水能总量要大10倍。
随着全球经济的发展，对能源的需求日益增加，对环境的保护更加重视，风力发电越来越受到世界各国的青睐。
大力发展风电等新能源是我国的重大战略决策，也是我国经济社会可持续发展的客观要求。
发展风电不但具有巨大的经济效益，而且与自然环境和谐共生，不对环境产生有害影响。
近几年，随着我国的风电设备制造技术取得突破，风力发电取得飞速发展。
据2011年4月《国家电网公司促进风电发展白皮书》。
截至2010年底，全国风电并网容量2956万千瓦，“十一五”期间年均增速接近100%。
2010年，全国风电机组平均利用小时数2097小时。
蒙东、蒙西、吉林、黑龙江风电发电量占全社会用电量的比例分别达到21.1%、8.7%、5.6%、4.6%，风电利用已达到较高水平。
预计到2015年，我国风电规模将超过9000万千瓦，2020年将达到1.5亿千瓦以上。
与其它能源相比，风力，风向随时都在变动中。
为适应这种变动，最大限度地利用风能，近年来在风叶翼型设计，风力发电机的选型研制，风力发电机组的控制方式，并网发电的安全性等方面，都进行了大量的研究，取得重大进展，为风力发电的飞速发展奠定了基础。
风电的飞速发展提供大量的就业与个人发展机会，普及风电知识，在高等院校培养相关专门人才已成当务之急。
实验内容实验1 风速，螺旋桨转速（也是发电机转速），发电机感应电动势之间关系测量 实验2 测量扭曲型可变浆距3叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系 实验3 切入风速到额定风速区间功率调节实验实验4 额定风速到切出风速区间功率调节实验 － 变浆距调节 实验5 风帆型3叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系的测量 实验6 平板型4叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系的测量实验原理1、风能与风速测量风是风力发电的源动力，风况资料是风力发电场设计的第一要素。
简析几种垂直轴风力机叶片攻角调整方法的优缺点
简析几种垂直轴风力机叶片攻角调整方法的优缺点简析几种垂直轴风力机叶片攻角调整方法的优缺点从达里厄发明升力型垂直轴风力机至今已80多年了，但一直未能广泛应用，主要是自身的一些缺点妨碍了应用,不能自起动是其重要的缺点, 主要的缺点还是对风力的变化范围与负荷的变化范围要求过窄，这也涉及它不能调速的缺点。
1. 固定叶片升力型垂直轴风力机的主要问题传统达里厄风力机采用ф形叶片，目前较多采用直叶片（H型）结构，达里厄风力机的叶片相对于风轮是固定的，也就是叶片弦线角度是不可调的。
图1是风轮的叶片分布图。
图1 垂直轴风力机叶片分布图升力型风力机是利用叶片的升力推动风轮旋转做功，对于多数普通翼型的叶片在理想状态下，在攻角为0至15度能产生升力，而在8至13度能产生大的升力且阻力较小。
图2是风力机的叶片旋转到风轮向风侧（0度位置）时的气流与受力图。
叶片在正常与失速时升力阻力对比图图2左侧图中叶片受到相对风速W的作用产生升力L与阻力D，相对风速W与叶片弦线的夹角即叶片的攻角α约为14度，相对风速W由风速V与叶片运动速度u合成，此时的叶片运动的速度约风速的4倍，即叶尖速比为4。
升力L与阻力D的合力为F，该力对风轮的力矩力为M，是推动风轮旋转的力。
在叶尖速比为4时，叶片运行在向风侧或背风侧均能产生推动风轮旋转的力矩，仅在两侧（90度与180度）附近升力很小，会有不大的负向力矩。
在图2右侧图中风速增加了一倍，叶片运动的速度未变，叶尖速比约为2，叶片的攻角α约为27度，叶片工作在失速状态，此时叶片产生的升力L下降了，阻力D大大上升了，相对风轮产生的力矩力M 为负向，是阻止风轮旋转的，而且在这种风速与转速下叶片运行在大多数位置均产生负向力矩。
其实叶片在叶尖速比为4（α为14度）时已在失速的边沿，低于4时升力L已不再增加，阻力D已明显上升，风叶产生的力矩力M有可能为0或负向。
好在叶片运行在0度至90度中间一段区域叶片攻角较小能产生正向力矩、在90度至180度、180度至270度、270度至360度的中间也有这样一段区域。
风力发电原理第四章解析
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能源动力与机械工程学院
(2)厚度的影响 翼型厚度增加后，其影响与弯度类似。同一弯 度的翼型，采用较厚的翼型时，对应于同一攻角的 升力有所提高，但对应于同一升力的阻力也较大， 且阻力增大得更快，使升、阻比有所下降。
(3)前缘的影响 试验表明，当翼型的前缘抬高时，在负攻角情 况下阻力变化不大。前缘低垂时，则在负攻角时会 导致阻力迅速增加。
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翼型升阻比与空气动力性能的关系 把叶素上的空气动力dR分解为沿风轮轴向的 力dT和沿风轮旋转切线方向的力，沿切线方向的 力形成对风轮轴的转矩dM。由于
dT = dRL cos + dRD sin
dM = r (dRL sin - dRD cos )
并且
dR L =
§4-2
升力型风轮的升力和阻力
风轮的几何定义与参数
(1)旋转平面。与风轮轴垂直，由叶片上距风轮轴线坐标原点 等距的旋转切线构成的一组相互平行的平面。
(2)风轮直径(D)。风轮扫掠圆面的直径。 (3)风轮的轮毂比(Dh/D)。风轮轮毂直径(Dh)与风轮直径之比。 (4)叶片叶素。风轮叶片在风轮任意半径r处的一个基本单元， 简称为叶素。它是由r处翼型剖面延伸一小段厚度dr而形成的 。
风轮旋转半径处质点线速度为半径值与 角速度的乘积，因此叶素上气流的切速度为
u = r
空气流以速度vw沿风轮 轴向通过风轮。若叶片以切 向速度u旋转，则流经叶素 的气流速度三角形如图所示 。
P131-17
能源动力与机械工程学院
风速vw是相对速度vr与切速度u的合矢量，即
v w = vr + u
定义旋转风轮叶片的攻角为相对速度vw与翼型 弦长的夹角，用 表示。注意这里风轮攻角与 机翼攻角概念的区别，以及攻角与叶素倾角、 攻角与桨距角概念之间的区别。
风力发电基础课件
弦长的夹角
运动旋转方向
u R 2Rn
dL气流升力
相对
速度
dL
1 2
Cl w2dS
dD
1 2
Cd
w 2dS
dF气流w产生的气动力
驱动功率dPw= dT
风输入的总气动功率:P=vΣFa 旋转轴得到的功率:Pu=Tω
风轮效率η=Pu/P
叶片的几何参数
3. 旋转叶片的气动力(叶素分析)
v v1 v2 2
，
贝兹理
最大理想功率为：Pmax
8 27
Sv13
论的极 限值
风力机的理论最大效率：max
Pmax E
(8 / 27)Sv13
1 2
Sv13
16 27
0.593
风力发电机从自然风中所能索取的能量是有限的，其 功率损失部分为留在尾流中的旋转动能。
风力发电机基础理论
3.风力机的主要特性系数
对于有限长的叶片，风轮叶片下游存在着尾迹涡，它形成两 个主要的涡区：一个在轮毂附近，一个在叶尖。有限叶片数由 于较大的涡流影响将造成一定的能量损失，使风力机效率有所 下降。
1) 中心涡，集中在转轴上； 2) 每个叶片的边界涡； 3) 每个叶片尖部形成的螺旋涡。
涡流理论
叶片静止时，据赫姆霍兹定理，叶片附着涡和后缘尾涡 组成马蹄涡系。简化后，将叶片分成无限多沿展向宽度很小 的微段。
叶片的几何参数
2.升力和阻力的变化曲线
0.8
Cl •升力系数与阻力系数是随攻角变化的
0.6
0.4
失速点
0.2
Cd
i
i -30o -20o -10o 0o 10o 20o
-0.2 Cl min
风机的叶尖速比
风机的叶尖速比周日, 2008-03-02 03:16 — xieyaqian叶尖速比是用来表述风电机特性的一个十分重要的参数。
它等于叶片顶端的速度（圆周速度）除以风接触叶片之前很远距离上的速度；叶片越长，或者叶片转速越快，同风速下的叶尖速比就越大。
.根据叶尖速比的不同，我们可以把风电机分成两类：慢速比风电机和快速比风电机：慢速比:慢速比风电机的速度比最大为2.5 。
所有以阻力原理作用的风电机的叶尖速比都小于1，属于慢速比风电机。
以浮力原理作用的风电机，如果其叶尖速比在1到2.5之间，也被称为慢速比风电机。
Westernmills 和某些风力泵的叶尖速比大概是1，而Bock风车以及荷兰风车的叶尖速比大概是2。
快速比:快速比风电机是指按照浮力原理作用的风电机，并且其叶尖速比在2.5到15之间。
几乎所有的现代风电机（叶片数一到三）都属于此类。
叶尖速比对风电机的建造结构和形状有很大的影响，比如：叶片转速：如果叶片长度一定，那么叶尖速比越大，叶片的转速也就越快。
只有一个叶片的风电机，其叶尖速比很高，旋转速度也要比三叶片的风电机快的多。
需要注意的是，风力泵的叶尖速比虽然属于慢速比机械，但旋转速度一般都很快。
原因是其转动直径很小，最终圆周速度相对低很多，所以属于慢速比机械。
叶片数：Westernmills的叶尖速比比较低（大约为1），所以需要更多的叶片来遮挡风，一般有20到30个叶片；荷兰风车的速度比大约为2，一般有4个叶片。
现代三叶片风电机的叶尖速比大约为6，而一个叶片的风电机，其叶尖速比大概为12。
叶片切面：快速比风机的叶片一般都设计的细长而薄，其原因就是叶片切割风的时候，与风的相对速度十分高。
（站长注：这段我看不懂，只是照原文翻译。
）风机的转化效率系数：快速比风机由于产生的涡流损失要比慢速比风机低很多，所以其作用系数要明显比慢速比的风机高。
一般慢速比风机的转化效率系数cP在0.3到0.35之间，而快速比的风机能够达到0.45到0.55。
风力机叶片的设计ppt课件
73.1583
-0.0125
75.252
-0.011
76.5039
-0.0093
75.8358
-0.0075
7风7力.7机3叶72 片的设计-0.0063
风力机叶片的设计
（5）、确定各个截面的安装角和弦长。
1）、确定翼型的设计升力系数和最佳攻角 2）、应用Glauert方法设计
风力机叶片的设计
1）、确定翼型的设计升力系数和最佳攻 角 根据Profili软件输入翼型型号NACA23012,可得到表3-1和图3-1、图3-2、图3-3及图3-4如下所示
0.01 0.0103 0.0107
0.011 0.0114
0.012 0.0123 0.0127 0.0134 0.0137
Cl/Cd
Cm
-30.917
-0.0119
-34.019
-0.0078
-35
-0.0043
-35.7263
-0.0014
-33.976
-0.0049
-31.9481
-0.009
Alfa -8
-7.5 -7
-6.5 -6
-5.5 -5
-4.5 -4
-3.5 -3
-2.5 -2
-1.5 -1 0
0.5 1
1.5 2
2.5 3
3.5 4
4.5 5
5.5 6
6.5 7
7.5 8
8.5
Cl -0.7451 -0.7144
-0.679 -0.6395 -0.5674
-0.492 -0.4268
350 1400
1.13
4
r
r4 R
4.51
风力机数学模型之CP
风力机数学模型之风能利用系数CpC_P.psc考虑转换效率p C ，风力机输出的机械能为：30.5(,)W p W P C AV ρλβ=对于不同桨叶特性的变桨距风电机组，(,)p C λβ特性可近似表示为多种形式： ① PSCAD 中的风能利用系数为：20.170.5(0.022 5.6)p C e γγβ-=-- 其中 2.237WV γω*=Cp1gamma betacpCp 数学模型②12.5116(,)0.220.45ip i C e λλββλ-⎛⎫=-- ⎪⎝⎭其中，3110.0350.081iλλββ=-++，R vωλ=Cp2gammabetacp③对于变桨距型风力发电机，(,)p C λβ特性可近似表示为：0.255(,)0.50.0222fRC f p RC C eλλββλ-⎛⎫=-- ⎪⎝⎭其中f C 为叶片设计常数，一般取1-3。
(,)p C λβ特性一般是由风力机制造厂通过实验给出，如果得不到(,)p C λβ的实际数据，对于变桨距风力发电机组可用上式来近似表示。
Cp3gamma betacp④521346(,)iC p i C C C C C eC λλββλλ-⎛⎫=--+ ⎪⎝⎭其中，3110.0350.081i λλββ=-++，10.5176C =，2116C =，30.4C =，45C =，521C =，60.0068C =，R vωλ=。
R 为叶片长度（m ），ω为风机轮毂的角速度（rad/s ）。
当β=0，λ=8.1时，(,)p C λβ有最大值0.48。
gammacpCp4 beta。
风力机2第5章 风轮的基本理论
风能利用技术 赵振宙
44
• 叶片上表面和下表面的压力 差导致叶尖自由叶尖漩涡的 产生。相对阻力也被称为诱 导阻力，是当地升力系数和 叶片展弦比的函数。
• 叶片展弦比越高，表明叶片 越狭长，诱导阻力越小。叶 尖漩涡被认为是额外的阻力 部分，与轮毂漩涡一样，均 造成了有用功的损失。
风能利用技术 赵振宙
• 叶素倾角θ对叶片的空气动力学效率影响不大，因为在空气流 速度 、风轮直径和风轮转速确定的条件下，叶片上每个区段 叶素的倾角值也是确定的，因此对空气动力效率影响不大。
风能利用技术 赵振宙
25
5.3 叶素理论
• 将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素。
• 叶素理论(Blade Element Theory)将风力机桨叶简化为 由有限个叶素沿径向叠加而成，因而风轮的三维气动特性 可以由叶素的气动特性沿径向积分得到。
第5章 风轮的基本理 论
风能利用技术 赵振宙
1
5.1 叶片的升力和阻力
• 风力机叶片按照其做功的原理，分为阻力 叶片和升力叶片。
• 由阻力性叶片构成的风轮，为阻力型风轮， 由升力型叶片构成风轮为升力型风轮。
风能利用技术 赵振宙
2
• 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。
风能利用技术 赵振宙
43
• 这通常分为两部分，一部分是风轮 旋转平面的切向力分布；另一为轴 向的推力分布。
• 在整个风轮半径范围内，对切向力 进行积分，则可得出旋转速度下风 轮的动力矩、风轮效率或风能利用 系数。对轴向力进行积分，得出对 整个风力机塔架的推力。
• 通过叶素理论可以得出某特定叶片 的风力机功率以及在稳态下的气动 载荷。