水平轴风轮的气动设计

图6-12 叶片数对风轮性能的影响
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6.3 风轮设计参数
6.3.1 风轮叶片数
(2) 减少风轮叶片的数量，则可降低风轮的成本。 (3) 叶片叶素的弦长与叶片数Z成反比。 (4) 风轮转动质量的动平衡，振动控制的难易，风轮运转的噪音。
图6-12 叶片数对风轮性能的影响
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6.2 风轮功率特性
利用第五章所讲的叶素动量理论，可以重复计算不同尖速比下的风能利用系数，得到与叶尖速比的关系曲线，即风轮功率特性曲线，表达了： 1. 同一转速下不同风速的风能利用系数； 2. 同一风速下不同转速的风能利用系数。若采用变桨距功率输出，则需要同时计算出不同浆距角下的风轮特性曲线。如图6-8
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优化计算
• • 解：根据公式核算的

2 r n 4.17 r 60Vw
则可以看出小于最佳λopt=5.8及风能利用系数 Cpmax=0.44，风能没有高效利用；
2P Cp 0.29 3 Vw C p
•
据最佳λopt=5.8改进风机转速n’：n 30Vw 30 5.8 13 20.57(r / min)
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练习1
• S80/2500kW风轮机优化设计，已知该型号风力机，设计风速15m/s，设计转速15.0r/min，风场风密度1.21kg/m3 （求改进后的转速及风力机功率）（λopt=7.0， Cpmax=0.43）答案： n=25.1r/min，P*=4413KW
图6-1 风力机的设计流程
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工作风速与功率的关系
• 风力机的实际输出功率受到一些条件的限制。 • 风力机的启动扭矩不能小于一最低扭矩，启动扭矩主要与叶轮安装角和风速有关，因此风力机有一个最低工作风速。 • 当风速超过技术规定的最高值时，基于安全方面的考虑 (主要是塔架安全和风轮强度)，风力机应立即停车，所以每一风力机都要规定最高风速。 • 风力机达到额定功率输出时的风速称为额定风速。
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6.3 风轮设计参数
6.3.2 最佳风轮叶片形状
最佳叶素弦长的计算
风轮旋转平面风轮旋转方向风速U∞
根据叶素理论，叶素截面上的推力和切向力计算公式为
vr
ωr β αφ v
dT z v2tdr(1 cot2 )(CL cos CD sin ) 风轮旋转平面 φ 2 1 2 z vr tdr(CL cos CD sin ) dT dFr 2
r 70 / 2
改进后功率P’：
P ' 0.5C p r 2Vw3 0.5 0.44 1.21 352 133 2250(kW )
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练习1
• 设计一台2500kW的风力机，已知设计风速为15m/s，风力机高速特性曲线如图，风场风密度ρ=1.21kg/m3。 (λopt=7.0， Cpmax=0.43） • 答案D=60.2，n=33.3r/min
vr
ωr β αφ v
z v 2tdr(1 cot 2 )(CL cos CD sin ) 2 rdr v(v1 v2 ) 2 1 根据贝茨理论，当 v2 v1 时风能利用率取大，又 , v2 v1 2 v1 v 3 2 所以有：z v tdr(1 cot 2 )(CL cos CD sin ) 2 rdr v2(v1 v) 2
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练习2
• • 设计下列不同方案下的1000kW的风力机： 1.不同海拔高度方案：三叶式风力机，风速15m/s， λopt=5.5， Cpmax=0.44，
h/m Pd/（×105Pa） ρ/（kg/m3）
0 1.013 1.224 18.71 42.11
100 1.001 1.211 18.82 41.86
故最佳弦长：

风轮旋转平面 r
8 rv(v1 v) t 2 v z(1 cot2 )(CL cos CD sin )
R
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6.3 风轮设计参数
6.3.2 最佳风轮叶片形状
风轮旋转平面
风轮旋转方向风速U∞
2 1 8 r v1 v1 3 3 t 1 2 zv (CL cos CD sin ) 2 sin
设计步骤：（1）根据风轮机特性曲线查取最优风能利用系数和叶尖速比配合（2）由Cp确定风轮机半径（3）确定风轮机转速
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设计与优化
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设计（风力机高速特性曲线λ-Cp已知）
• 已知：风力机功率P，设计风速Vw，风场风密度ρ， • 求：风轮直径和转速n。 • 例：设计一台1500kW的风力机，已知设计风速为13m/s，风力机高速特性曲线如图，风场风密度ρ=1.21kg/m3。
2 v1 16 r 9z (CLvr u CDvr v)
vr
ωr β αφ v
8 r 1 t CD 9 u 2 3zCL ( vu 2 ) 3 CL 4 ( v1 ) 1 1
当翼型升阻比较大时，可化为
vr u2 v2
t 8 r 1 3 z ( vu CL 2 3 CD )
6.1 气动设计模型
风轮是风力机最主要部件，其气动特性影响风能转换率，也决定了风力机的经济性。水平轴风力机是现在最流行、最广泛的采用的风力机。本章主要讨论了风轮关键参数的设计原理和方法；风轮设计主要确定如下关键参数： –风轮直径； –叶片数； –叶尖速比； –叶片翼型； –叶素弦长； –叶素安装角；风轮设计主要流程如图所示 6.1.1 气动设计流程
6.3 风轮设计参数
6.3.1 风轮叶片数
风轮叶片数是风轮设计中基本设计参数。根据叶素动量定理可以计算出不同叶片数下的功率特性曲线。理论上讲，风能利用系数随叶片数的增加会增加，但增加率变小。随着风轮叶片数的增加，最佳叶加速比在减小。选择叶片数需要考虑的因素： (1) 转速高，叶片数少。高转速可以使齿轮箱的转速比减小，降低齿轮箱的费用。
图6-13 3种叶片的形状
topt
2 r 8 vwD z 9CL vr
图6-13给出了三种叶片的比较，图 6-14给出了最佳形状的空气动力学性能的比较
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设计计算
• 解：按最佳风能利用系数，取3叶片。据λ-Cp图查得对应λopt=5.8时风能利用系数 Cp=0.44；则风轮半径r： r
2P 2 1500 1000 28.57(m) 3 3 Vw C p 1.21 13 0.44
30Vw 30 5.8 13 则可得风轮机转速n： 25.2(r / min) n r 28.57
图6-10 不同风轮的风能利用系数
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6.2 风轮功率特性
如图6-11显示了5种典型风轮结构的力矩系数。从图6-11可以看出：旋转速度约快，风轮力矩越小。转速越低的多叶片风轮，则力矩系数越大。对于叶片实度较低，叶片数较小的风轮，其力矩较小。两叶片风轮的起动力矩较小，因而很难起动。
dFQ z vr tdr(CL sin CD cos ) 2
2

R

dFD
dFL
r
dFQ W
通过风轮上圆环截面的气体体积流量
2 rdr v VU Nhomakorabea 26β αφ
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6.3 风轮设计参数
6.3.2 最佳风轮叶片形状
风轮旋转平面
风轮旋转方向风速U∞
根据动量定量，通过风轮圆盘的气体动量减少量等于气体所受到的推力，因此有
r/m
n/（r/min）
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6.1.3 输出功率的计算模型
主要计算模型为第五章所讲的叶素动量理论功率计算的Betz理论模型与实际值存在区别的主要原因： 1. 尾流旋转效应引起的损失。 2. 叶片的气动阻力进一步降低了风能利用系数。 3. 有限的叶片数。
图6-7 风轮风能利用系数
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练习2
• • 2.不同风速方案：三叶式，h=100m，15℃，密度ρ=1.211kg/m3 ， λopt=5.5， Cpmax=0.44，
Vw/（m/s） 6 74.4 4.24 8 48.3 8.70 10 34.6 15.18 13 23.3 29.30 15 18.8 41.91 17 15.6 57.23
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图6-8 某风轮功率特性曲线
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6.2 风轮功率特性
影响风能功率特性曲线的主要参数有风轮结构、风轮叶片数、叶片的弦长分布、叶片扭角分布以及气动性能。如图6-10显示了几种典型结构风轮的风能利用系数。现代高速风轮性能较传统风轮具有明显的优势。单叶片的最佳转速较两、三叶片的要高，但风能利用系数低；三叶片的风轮的最佳尖速比为7左右
1
8 r t 3 zCL
1
u v1 9 4
( vu1 ) 2 1
9 4
u 2 (V ) 1 1
8 r v1 3 zCL vr
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6.3 风轮设计参数
6.3.2 最佳风轮叶片形状
2 r 8 v1 t z 9CL vr
设最佳弦长为topt,vwD为设计风速，则

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水平轴风力机气动性能的三维数值计算

言
在风力机叶轮的设计过程中，对其气动陛能准确可靠的预测是极其重要的并且成为了空气动力学研究者
们的一个巨大的挑战。近年来，随着数值计算技术及计算硬件资源方面的不断进步，ＦＣＤ方法已经越来越广泛地被应用于风力机翼型以及全尺寸风轮的气动性能预测领域。国内外已经有很多的学者和研究机构采用不同
摘要：采用带转捩修正的七ＯＳＴ湍流模型对美国国家可再生能源实验室的失速控制型ＮＲＬＰａｅＩ一ＣＳＥｈｓＶ风轮
在几个不同来流风速下的气动性能进行三维数值模拟，并ＮＡＳｍｅ风洞试验结果以及无失速延迟修正的ＡＡｓ
升力面方法得到的结果进行对比分析。详细描述不同风速下风力机叶片周围的流场以及叶片吸力面极限流线分
Ｖ．Ｎｏ１１．０４
Ｏｔ０９ｅ２０．
中国科技论文在线
ＳｉｎｅａｅｌｅｃｅｃｐｐｒｉＯｎｎ
第卷第ｌ４０期
２００９年ｌＯ月
水平轴风力机气动性能的三维数值计算
俞国华，杜朝辉
（海交通大学机械－动力工程学院，上海２０４）上ｂ－０２０
ＹｕＧｕｈｕｏａ，ＤｕＺｈａｈｉｏｕ
（ｃｏｌｆＭｅｈｎａｎｉｅｒｇＳａｇａａ而Ｕｉｒｉ，ｈｎｈｉ０２０Ｃｉ）Ｓｈｏｏｃａｉｌｇｎｅｉ，ｈｎｈｉｉｏｃＥｎＪｎｖｓｙＳａｇａ０４，ｈａｅｔ２ｎ
Ａｂｔａｔ．ｎｍｅｉａａｃｌｔｏｆａｒｄｎｍｉｅｆｒｎｃｔｌｒｇｌｔｄＮＲＥＬａｅＶＩＲｏｏｓｒｃ：３ＤｕｒｃｌｃｌｕａｉｎｓｏｅｏｙａｃｐｒｏｍａｅｏｆｔｓａｌｅｕａｅｈｅＰｈｓｔｒｕｅｉｅｅｔｉｌｏｗｉｓｅｄｒａｒｅｕｔｅｐｌｃｔｏｆ｜一＆ｎｄｒｄｆｒｎｎｆｗｎｄｐｅｓａｅｃｒｉｄｏｔｗｉｈｔａｐｉａｉｎｏｊ）ＳＳｔｒｕｅｃｄｌｗｉｈ｝Ｔｕｂｌｎｅｍｏｅｔｈｔａｓｔｎｃｒｅｔｏ．ＴｈａｃｌｔｄｒｓｌｓａｅｔｎｃｍｐｒｄｗｉｅＮＡＳＡｍｅｎｕｎｅｅｔｎｏｅｒｎｉｏｏｒｃｉｎｉｅｃｌｕａｅｅｕｔｒｈｅｏａｅｔｔｈｈＡｓｗｉｄｔｎｌｔｓｓａｄｔｓｈｆｏｔｅｌｔｕｆｃｔｏｓｗｉｈｕｔｌｄｌｙｍｏｅｓＴｈａｅｌｏｒｐｅｅｔｎｄｍｉｔｅｆｏｆｅｄａｏｎｄｔｅｒｍｈｉｒａｅｍｅｈｄｔｏｔａｌｅａｄｌ．ｅｐｐｒａｓｅｒｓｎｓｉｅ１ｗｌｒｕｆｓｓｌｈｉｈｂａｅｕｅａｉｕｎｐｅｎｈｅｄｓｒｂｔｎｏｅｌｍｉｉｇｓｒａｉｅｎｔｅｓｃｉｎｓｒａｅｏｅｒｔｒｌｄｎｄｒｖｒｏｓｗｉｄｓｅｄｓａｄｔｉｔｉｕｉｆｔｉｔｔｅｍｌｎｓｏｈｕｔｕｃｆｔｏｏｏｈｎｏｆｈｂａｅＡｎｌｓｓｓｏｈｔＤｔｏｏｏｙｃｎａｃｒｔｌｒｄｃｎｄｔｒｉｅｐｗｅｄｓａｗｉｅａｒｄｎｍｉｌｄ．ａｙｉｈｗｓｔａＣＦｍｅｈｄｌｇａｃｕａｅｙｐｅｉｔｗｉｕｂｎｏｒａｐｎｓｅｏｙａｃｎｌａｓａｄｗｉｕｅｙｂｒｎｒｄｌｅｎｔｅｗｉｄｔｒｉｅｄｓｇｎｅｏｍａｅｐｅｉｔｎ．ｏｄ，ｎｌｓｌｅｍｏｅａｄｍｏｅｗｉｅｙｕｓｄｉｎｂｎｅｉｎａｄｐｒｒｎｃｒｄｃｉｌｒｈｕｆｏＫｅｒｓｐｗｅｃｉｅｙａｄｅｇｎｅｎｇ；ｗｉｄｔｒｉｅ；ａｒｄａｃｐｒｏａｃｙｗｏｄ：ｏｒｍａｈｎｒｎｎｉｅｒｉｎｂｎｕｅｏｙｍｉｅｆｒｎｅ；ｎｍｅｃｌｉａｉｎｌｎｍｕｒａｍｕｌｔｏｉｓｔｒｕｅｃｄｌｕｂｌｎｅｍｏｅｓ

风力机设计

偏航系统
主要功能是跟踪风向，偏航由四个带电磁制动的电机驱动齿轮机构完成动作，及时纠正对风误差。偏航过程中，电机电磁制动配合偏航制动器制动，迅速定位，使偏航动作准确对风，偏航动作平稳，减小冲击，提高了可靠性。
1.轴承选择：偏航变桨轴承须承受很大的倾覆力矩，对滚道的处理、游隙的控制有较高的要求，因此选取“零游隙”双排四点接触球式。 2.制动器：液压钳盘式制动器
流程图如下
程序迭代
程序输出结果如下
性能曲线图如下
气动外形图
塔筒高度、结构、基础、法兰设计、塔筒壁厚、
轴的载荷计算、轴的扭矩强度校核、轴承选择、联轴器设计选择
偏航轴承选择、制动器
塔筒
塔架是风力发电机组主要承载结构，要承受机舱的重量、风轮作用以及风作用在塔筒上的弯矩、剪力、转矩等的作用，还要承受风轮引起的振动载荷。本次设计塔筒的结构采用锥筒式。塔架包括塔筒和塔门等。本次设计选择锥形钢制管状塔架，锥形塔架通常由一系列成对的金属板卷成两个竖直焊缝连接的半锥台制造。锥台高度由于设备能力的有限一般为2-3m，在此次设计中锥台高度选择2.5m。
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水平轴风力机叶片表面积灰厚度对三维气动特性影响的数值模拟

１引言
得至关重要，中如何防止风力发电机叶片在实其际运行环境中气动性能下降是一个重要的方向。当风力机运行在自然环境中，叶片表面经常经常
有较多的污垢和杂质，能会引起风力机效率下可
风能作为可再生能源中最具代表性的一种，
不仅对环境保护、善能源结构和减少对常规能改
基金项目：重庆市科委自然基金资助项目（ＳＣ２０Ｂ３２）ＣＴ，６Ａ０３０
２１年第３第１０１９卷１期
流
体机械 Fra bibliotek３３
国内外对叶片表面积灰对其气动特性性能的影响进行了相应研究，得到了相关理论和试验并结果 “］。文献［］翼型表面增加粗糙带进行２对
影响。文献［］３对翼型表面积灰引起的粗糙度变化对气动性能的影响进行了初步模拟。文献［］４研究了叶片表面积灰形成机理，对叶片表面积并
三维网格通过嵌入在该软件包内的风力机网格自动生成器ＡｔＧｉｕｏｒ５生成；过导人几何、ｄ通给定叶片数目、速、算域大小和网格分布，可转计即以完成风力机流场网格的生成和边界条件的设定。整个网格在流动方向上呈现为ＯＨ布局，４如图１示。在计算域的进口给定速度边界条件，所通过给定入口的速度分布来模拟叶片旋转时的绕

同步双风轮耦合水平轴风力机气动性能风洞测试

同步双风轮耦合水平轴风力机气动性能风洞测试作者：***来源：《机电信息》2020年第05期摘要：同步双风轮耦合水平轴风力机是一种新型风力发电系统。

现以同步双风轮耦合水平轴风力机为研究对象，构建了小型风力机性能测试平台，使用低速直流式風洞，研究该型风力机的功率和扭矩等气动性能。

同步双风轮耦合水平轴风力机与单风轮风力机在构型上明显不同，实验结果表明，该型风力机基本气动性能与单风轮四叶片水平轴风力机相似，但有细微的差异。

同步双风轮耦合水平轴风力机的风轮转速、风轮间距、风轮间相位夹角等参数共同影响风力机的气动性能。

通过对实验结果间细微差异的辨析，研究了各参数对风力机气动性能的影响的具体模式和规律。

关键词：水平轴风力机;双风轮风力机;风洞实验;气动性能;转矩系数0 引言世界能源结构正在发生深刻变化，可再生清洁能源的比重逐年提高。

风能作为一种技术成熟的新型清洁能源，最具商业化、规模化开发条件，在各国能源战略中占据举足轻重的地位。

在各类风力机中，以水平轴、单风轮、上风向、三叶片和可变桨为特征的传统水平轴风力机技术日臻成熟。

不同于经典风力机构型的各类新型风力机设计被不断提出，为风力机技术的发展提供了崭新的思路。

传统水平轴风力机与同步双风轮耦合水平轴风力机如图1所示，同步双风轮耦合水平轴风力机是一类新型风力发电系统。

同步双风轮耦合水平轴风力机装有前后串列布置的两组风轮，两组风轮同步转动，转动的方向和速度相同，风轮间保持恒定的相位关系。

该型风力机的基本气动特性不同于传统的单风轮水平轴风力机。

Appa等提出了一种双排风轮反转风力机;Shen等对这种双排反转风力机的性能进行了仿真分析。

Lee等采用BEM方法计算双排风轮反转风力机气动性能，并分析了某些参数对风力机性能的影响。

Kanemoto等则提出一种前后风轮尺寸不同的双排风力机构型，并进行了场外测试。

Jung等建造了30 kW双排反转风力机的样机。

Ozbay等对双排风力机的尾流进行了风洞实验研究。

风力机风轮叶片气动设计程序开发

发生变化，即引入诱导因子（向诱导因子口和周轴
影响，使理论模型更接近于实际工况中的风力机。风轮尾流旋转时的动量理论，义了一个定
通过风轮叶片平面的理想流管。如图２所示，、
、
中图分类号：ＫＴ８文献标识码：Ａ
风力机的气动设计号陛能计算是风力机理论与
流速度（１）Ｑ是风轮转动角速度，Ｖ＝Ｖ， ∞是风轮叶片ｒ的周向诱导角速度。处
应用的重要组成部分，无论采用何种设计方法，风力
．附涡．着
图１风轮的旋涡系统
ｌ基本理论
１１风轮气动模型．根据风力机的设计理论 … ，力机风轮后的尾风
修正的ｗｌｎ方法被ｗｌｎ本人称为片条理ｉｏｓｉｏｓ论（ｔｐｔｅｒ）这一理论是动量理论和叶素理ｓｉｏｙ，ｒｈ
维普资讯
第４期
杨从新等：机风轮叶片气动设计程序开发风力
３９
ｄ圆环上的转矩可表示为：ｒ
ｄ＝７￣Ｖｂ１）ｒＭ４ｒｐｌ（一ａｄ
论，由上面（）（）（）（）可得出ａ和ｂ的求１、２、８、９式
正，并考虑偏航、风力机安装参数等，计算模型的对
风轮下游无穷远处的柱状螺旋尾涡所构成，１为图由实验观察得出来的旋涡气动模型。由于该旋涡系统的存在，得叶片任意断面上的速度大小与方向使均发生变化，即分别在轴向和周向上产生了诱导速度。因此，准确分析某断面的气动状况，为就必须弄清该断面处的诱导速度。正因为涡系的存在，流场中轴向和周向的速度

基于CFD模拟的海上风力发电风轮叶片气动性能分析

基于CFD模拟的海上风力发电风轮叶片气动性能分析海上风力发电是利用海上风能转化成电能的一种清洁能源技术。

风力发电的核心是风轮叶片，叶片的气动性能对于风力发电机组的效率和稳定性具有重要影响。

本文将基于CFD模拟对海上风力发电风轮叶片的气动性能进行分析。

首先，我们将介绍CFD模拟的基本原理和方法。

CFD全称为Computational Fluid Dynamics，是一种基于数值计算的流体力学模拟方法。

通过将流体分割成小的计算单元，利用基本流体动力学方程和边界条件，模拟流体流动的过程。

CFD 模拟可以准确地预测流体流动的速度、压力、温度等参数，对于工程问题的分析和设计具有重要意义。

接着，我们将介绍风轮叶片的基本结构和工作原理。

风轮叶片由材料制成，具有承载风能和转化风能为机械能的功能。

在风流中，风轮叶片受到风力的作用而转动，驱动轴连同发电机一起转动，将机械能转化为电能。

叶片的气动性能直接影响到风力发电机组的发电效率和运行的稳定性。

接下来，我们将详细介绍CFD模拟在风力发电叶片气动性能分析中的应用。

首先，我们需要建立叶片的几何模型，并设定模拟的计算域和边界条件。

然后，选择适当的数值方法和网格划分方法，对流体流动进行数值模拟。

在模拟过程中，需要考虑到空气流动的不可压缩性、湍流等非线性特性，确保模拟结果的准确性。

在模拟过程中，我们可以通过对叶片表面压力分布的分析，评估叶片的气动性能。

压力分布可以表征叶片上不同部位的气动力大小和方向，从而分析叶片的受力情况。

此外，通过模拟计算得到的叶轮机组风速和风向，可以对风力发电机组的发电效率和输出功率进行预测。

在分析叶片气动性能时，我们还可以通过CFD模拟来研究叶片的流动分离、涡脱落等现象。

流动分离是指流体在叶片表面分离成两个或多个方向不同的流动状态，会导致叶片的气动性能下降和振动增大。

通过模拟分析，可以优化叶片的形状和结构，减小流动分离的发生。

涡脱落是指流体在叶片后缘形成的涡旋脱离叶片，会导致气动力的损失和噪声的增加。

水平轴风力机课程设计

课程设计说明书题目程度轴风力机的设计班级学号学生姓名指导教师课程设计任务书课程名称风能利用技术院〔系〕专业班级学号姓名课程设计题目课程设计时间: 年月日至年月日一、课程设计的目的及任务1主要目的：〔1〕以大型程度轴风力机为研究对象，掌握系统的总体技术参数计算方法；〔2〕熟悉程度轴风力机的总体设计方法；〔3〕掌握科研报告的撰写方法。

2主要任务：〔1〕确定风力机的总体技术参数；〔2〕计算关键零部件〔叶片、风轮〕载荷和技术参数；〔3〕完成叶片设计任务；〔4〕确定总体设计方案；〔5〕撰写一份课程设计报告。

二、课程设计的主要内容选择功率范围在至6MW之间的风电机组进展设计。

1原始参数风力机的安装场地50米高度年平均风速为，60米高度年平均风速为，70米高度年平均风速为7.6 m/s，当地历史最大风速为49m/s，用户希望安装1.5 MW至6MW之间的风力机。

采用63418翼型，63418翼型的升力系数、阻力系数数据如表1所示。

空气密度设定为3。

2设计内容〔1〕确定整机设计的技术参数。

设定几种风力机的C p曲线和C t曲线，风力机根本参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风速、切出风速、功率控制方式、传动系统、制动系统形式和塔架高度等，根据标准确定风力机等级；〔2〕关键部件气动载荷的计算。

设定几种风轮的C p曲线和C t 曲线，计算几种关键零部件的载荷〔叶片、风轮〕；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数。

以上内容建议用计算机编程实现，确定风力机的主要技术参数。

〔3〕最后提交有关的分析计算报告。

指导老师年月日负责老师年月日学生签字年月日沈阳航空航天大学课程设计成绩评定单课程名称风能利用技术院/系能源与环境学院专业新能源科学与工程课程设计题目程度轴风力机的设计学号姓名辩论日期年月日指导老师〔辩论组〕评语：课程设计成绩：指导老师〔辩论组〕签字：年月日目录一、设计概述 (1)1 我国开展风能的趋势及优势 (1)2 风力机概述 (1)风力机类型 (1)风力机的构造和组成 (1)3 大功率程度轴风力机开展的意义 (2)4 国内外风力机技术的现状 (2)国内风力机技术现状 (2)国外风力机技术现状 (3)5 风力机叶片设计的理论根底 (3)简化叶素理论设计方法 (3)5.2 Glauert理论设计方法 (4)二、设计内容 (5)1风力机额定功率、寿命、相关速度参数及叶片数等确实定 (5)额定功率 (5)设计寿命 (5)切入风速、切出风速、额定风速 (5)叶片数 (5)各局部效率 (5)2风力机几何参数确实定 (6)叶轮直径和扫掠面积 (6)叶轮扫掠面积 (6)3 风力机叶尖速比、转速确实定 (6)叶尖速比确实定 (6)转速确实定 (7)4 功率曲线，风能利用系数曲线，推力系数曲线 (7)5功率控制方式，传动系统，制动系统的选择 (10)功率控制方式 (10)传动系统 (11)制动系统 (11)6塔架高度 (11)7设计标准及风力机等级 (12)设计标准 (12)风力机等级 (12)8关键部件气动载荷计算 (12)利用Glauert理论设计 (14)三、设计结果 (16)四、相关图片及设计程序 (17)1 相关图片 (17)2Glauert理论程序 (18)五、结论 (20)1设计命题的合理性 (20)2设计的理论根底 (20)3设计运用的工具 (20)4设计中的缺乏与展望 (20)参考文献 (22)一、设计概述1 我国开展风能的趋势及优势1973 年发生的石油危机，特别是世界范围内化石燃料能源的大量消耗产生一系列的环境问题，给人类生存环境造成的危害日趋明显，风力发电才逐渐被重视起来，尤其到90 年代，由于科学技术的进步，风力发电从新能源中脱颖而出，成为一种最具工业开发规模的新能源。

风力发动机气动理论

圆盘上游剖面管的横截面积比圆盘面积小，而下游的则比圆盘的面积大。流管膨胀主要是因为要保证流管每一处横截面积的质量流量相等。
2.3 Double Actuator-Disk & Multiple Stream-tube （DDMT）
将多流管模型中的流管分为上风和下风两个部分，用于计算垂直轴风力机的气动载荷与转子特性，也就是所谓的双致动盘多流管模型。上风区域致动盘接收到来自远场的风速，而下风区域致动盘则接收到的是来自风力机内部流场。
1. Blade element theory
1. Blade element theory
1. Blade element theory
2.Double Actuator-Disk Theory
2.1 2.2 2.3 2.4 Single Actuator-Disk & Single Stream-tube （SDST） Single Actuator-Disk & Multiple Stream-tube （SDMT） Double Actuator-Disk & Single Stream-tube（DDST） Double Actuator-Disk & Multiple Stream-tube（DDMT）
• 动态失速是指一个振荡(或做其它非定常运动) 的物体在其压力面超过临界迎角时绕流流场发生非定常分离和失速的现象,例如,直升机桨叶旋转、航空发动机的涡轮和风力机叶片的颤振等流动中都会发生动态失速。动态失速可以在许多情况下出现如大气紊流、塔座影响、偏航工况等等。风力机的动态失速发生在进口来流攻角快速变化的过程中风轮叶片表现出的与风洞实验完全不同的气动特性。1988 年首次发表的关于由实验发现的动态失速现象论文证实了动态失速对叶轮负荷的严重影响。

水平轴风力机叶片气动性能计算及影响因素分析

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机械设计与制造
ＭａｈｉｅｙＤｅｉｎｃｎｒｓｇ
文章编号：０１３９（０１１— ０４０１０ — ９７２１）００４ — ３

水平轴风机气动性能影响因素研究

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Ａｅｏｙｍｉｅｏｍａｃｖｌａｉｎｌｙａｓｇｒｄｎａｃｐｒｒｎｅｅａｕｔｐａｓｉ— ｆｏｎｆｃｎｏｅｉｈｅｉｎｏｇｅｏａｃｏｚｎｉａｔｒｌｎｔｅｄｓｇｆｈｉｈｐｒｒｎｅｈｒｏ — ｉｆｍｉ
性能对实度、桨矩角感度高，敏叶片厚度对风轮气动性能影响不大。对敏感参数进行优化设计，于风机在低成本情况下提有利
高其性能。
关键词：气动性能；响因素；平轴风机；动量；叶素影水
中图分类号：Ｋ３Ｍ１Ｔ８；Ｔ６４
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