风力机空气动力学-第四章解析
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3.风力机的空气动力学
6
风力发电机组的原理与控制（二）
风轮前后风速和压力的变化
风速变化是连续的
压力变化是突变的
图2-1 风轮的流管模型
7
风力发电机组的原理与控制（二）
动量定理推导（一）
伯努利方程
1 2 v p gh const 2
理想流体定常流动的动力学方 程，流体在忽略粘性损失的流 动中，流线上任意两点的压力 势能、动能与位势能之和保持 不变。
（1）弯度的影响 如果翼型存在弯度，即使没有攻角，翼型也 能产生升力和力矩。 当翼型弯度增大时，导致上下表面流速差增 大，从而使压力差加大，故而升力增加，升力系 数增大。特别是对前缘半径较小和较薄的翼型影 响尤其显著。 当翼型弯度增大时，上表面流速加大，摩擦 阻力上升，并且由于迎风面积加大，故而压差阻 力也加大，同时导致阻力上升。 因此，同一攻角时，随着弯度的增加，升力 和阻力都明显增加。但阻力比升力增加更快，升 阻比下降。当最大弯度的位置靠前时，最大升力 系数较大。
v v vd v (1 ) 2
1 2 2 9 Ad (v v ) (v v ) Ad v (1 a ) 2
风力发电机组的原理与控制（二）
动量定理推导（三）
气压力(作用在风轮上) 2 F ( pd p ) A 2 A v d d d a(1 a)
12
风力发电机组的原理与控制（二）
尾流(weak)
风施加在风轮上的力矩有一个大小相等，方向相反的反作用 力矩作用在空气上。它引起空气反向于风轮旋转，空气获得角动 量，其粒子在旋转面的切线方向和轴向上都有速度分量。 13
0.60 0.50 0.40 Cp 0.30 0.20 0.10 0.00 0 1 2 3 4 5 6 7 Tip Speed Ratio 8 9 1016 Betz - Without Wake Rotation With Wake Rotation
培训风电基础PPT课件
•20
第三章 风力发电机组
➢ 而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进 技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接 传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样 能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减 少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。
•21
第三章 风力发电机组
➢ 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为： ➢ “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接
•3
第一章 风能开发的意义
什么是风能？
➢ 风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决 定于风速和空气的密度。
风能来源于何处？
➢ 风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球 的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每 小时接受了1.74 x 10^17瓦的能量。风能大约占太阳提供 总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球 上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物 能的50～100倍。
•2
第一章 风能开发的意义
发展风力发电具有什么优势？ ➢ 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，
已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高， 发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环 境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、 安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比 拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿， 交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电 网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解 决生产和生活能源的一种有效途径．
• 在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘， 其连接方式是采用胀紧式联轴器；液压制 动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；
第三章 风力发电机组
➢ 而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进 技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接 传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样 能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减 少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。
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第三章 风力发电机组
➢ 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为： ➢ “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接
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第一章 风能开发的意义
什么是风能？
➢ 风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决 定于风速和空气的密度。
风能来源于何处？
➢ 风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球 的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每 小时接受了1.74 x 10^17瓦的能量。风能大约占太阳提供 总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球 上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物 能的50～100倍。
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第一章 风能开发的意义
发展风力发电具有什么优势？ ➢ 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，
已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高， 发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环 境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、 安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比 拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿， 交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电 网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解 决生产和生活能源的一种有效途径．
• 在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘， 其连接方式是采用胀紧式联轴器；液压制 动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；
《风力机空气动力学》课件
介绍风力机的不同分类及其发展过程。
二、空气动力学理论
1
风力机的升力和阻力
2
探讨风力机叶片是如何产生升力和阻
力的。
3
风力机的效率和功率公式
4
讨论风力机的效率和如何计算出风力 机的功率。
风力机的叶片表面压力分布
讲解风力机叶片表面压力如何随风速 变化。
风力机的气动力矩
介绍风力机在转动过程中所受到的气 动力矩。
风力机的多目标优化设 计方法
介绍风力机优化设计中常用的 多目标优化方法。
风力机的材料和制造工艺
讲解风力机材料的选择和制造 工艺的重要性。
五、未来发展方向
1 未来风力机的设计和发展趋势
探讨风力机在未来可能的设计和发展方向。
2 风力发电在新能源领域中的地位和前景
介绍风力发电在新能源领域中的重要性和潜在前景。
3 风力机的可持续发展和环境影响问题
讨论风力机的可持续发展性和对环境的影响问题。
六、总结
风力机空气动力学 知识的重要性和应 用
总结风力机空气动力学知识 在实际应用中的重要性。
风力机的未来发展 和挑战
讨论风力机在未来可能面临 的发展和挑战。
风力机行业的职业 发展和就业前景
探讨从事风力机行业的职业 发展和就业前景。
《风力机空气动力学》 PPT课件
这是一份关于风力机空气动力学的课件，介绍了风力机的工作原理、空气动 力学理论、风洞实验、优化设计以及未来发展方向等内容。
一、介绍
什么是风力机空气动力学
解释风力机空气动力学的定义和重要性。
风力机的基本结构和工作原理
描述风力机的基本构成和如何转换风能为电能。
风力机的分类和发展历程
三、风力机风洞实验
二、空气动力学理论
1
风力机的升力和阻力
2
探讨风力机叶片是如何产生升力和阻
力的。
3
风力机的效率和功率公式
4
讨论风力机的效率和如何计算出风力 机的功率。
风力机的叶片表面压力分布
讲解风力机叶片表面压力如何随风速 变化。
风力机的气动力矩
介绍风力机在转动过程中所受到的气 动力矩。
风力机的多目标优化设 计方法
介绍风力机优化设计中常用的 多目标优化方法。
风力机的材料和制造工艺
讲解风力机材料的选择和制造 工艺的重要性。
五、未来发展方向
1 未来风力机的设计和发展趋势
探讨风力机在未来可能的设计和发展方向。
2 风力发电在新能源领域中的地位和前景
介绍风力发电在新能源领域中的重要性和潜在前景。
3 风力机的可持续发展和环境影响问题
讨论风力机的可持续发展性和对环境的影响问题。
六、总结
风力机空气动力学 知识的重要性和应 用
总结风力机空气动力学知识 在实际应用中的重要性。
风力机的未来发展 和挑战
讨论风力机在未来可能面临 的发展和挑战。
风力机行业的职业 发展和就业前景
探讨从事风力机行业的职业 发展和就业前景。
《风力机空气动力学》 PPT课件
这是一份关于风力机空气动力学的课件，介绍了风力机的工作原理、空气动 力学理论、风洞实验、优化设计以及未来发展方向等内容。
一、介绍
什么是风力机空气动力学
解释风力机空气动力学的定义和重要性。
风力机的基本结构和工作原理
描述风力机的基本构成和如何转换风能为电能。
风力机的分类和发展历程
三、风力机风洞实验
风力发电机运行的空气动力学原理解析
风力发电机运行的空气动力学原理解析风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备，利用空气动力学原理进行运行。
空气动力学是研究空气在物体表面流动时所产生的力学效应的学科，其中涉及到的流体力学、空气动力学和结构力学等知识领域。
本文将从风力发电机的构成和原理、空气动力学原理以及风力发电机的运行过程等方面对其运行原理进行分析和解析。
首先，风力发电机由风轮、主轴、发电机以及塔架等构成。
其中，风轮是最重要的部件，它是通过空气动力学原理将风能转换为机械能。
风轮主要由叶片、主轴承和转子组成，其中叶片是最关键的部分。
在运行过程中，当风流通过风轮的叶片时，由于叶片的形状和倾斜角度，会使得风流产生一定的压力差，从而使风轮转动。
风轮的转动通过主轴传递给发电机，由发电机将机械能转化为电能。
其次，风力发电机的运行离不开空气动力学原理的支持。
当风流通过风轮的叶片时，由于风流的高速流动和叶片的形状等因素，会在叶片上产生压力差。
根据伯努利定律，当流体速度增加时，压力就会下降，而风轮叶片的形状和倾斜角度使得上表面的流速较快，下表面的流速较慢，从而产生了压力差。
此时，风流将从高压区域流向低压区域，推动风轮转动。
这就是风力发电机利用空气动力学原理来转换风能的过程。
风力发电机使用的是无驱动翼型，即在风流作用下产生升力来推动转子转动。
翼型的选择非常关键，不同的翼型会有不同的气动性能，影响着风力发电机的效率和输出功率。
一般而言，翼型的厚度比例愈小，气动性能愈好，当然翼型的选择还要结合具体的风力工况。
在实际应用中，常用的翼型有NACA系列翼型、稳定翼型等。
最后，风力发电机的运行过程可以简单概括为：当风力达到一定速度时，风轮开始转动，这时发电机开始工作，将机械能转化为电能。
随着风力的增大，风轮的转速也会增加，进而提高了发电机的输出功率。
另外，为了保证风力发电机的安全运行，还需要考虑风轮的稳定性和抗风性能。
在强风条件下，风力发电机会自动启动风刹系统，将风轮停止旋转，以避免因风力过大导致设备损坏。
风力发电机组设计与制造姚兴佳第4章ppt课件
3. 尖速比 表示风力机性能的数值称为T.S.R(Tip Speed
Ratio)，它定义为风力机叶片叶尖速度和风 速的比值，称为叶尖速度比（或高速性能 系数），简称尖速比。
4. 推力系数 由压力降产生的作用于制动盘的作用力被无量
纲为一化后给出推力系数定义
CT
F
1 2
v
2
Ad
CT 4a1a
风能利用系数和推力系数随的变化曲线如图所 示。
应根据以下规则选择翼型：对于低速风轮， 由于叶片数较多，不需要特殊的翼型升阻比； 对于高速风轮，由于叶片数较少，应当选用在 很宽的风速范围内具有较高升阻比和平稳失速 特性的翼型，对粗糙度不敏感，以便获得较高 的功率系数；另外要求翼型的气动噪声低。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
式中 W——叶片轴根部的抗弯截面系数， 单位是m3；
A——叶片轴根部的截面积，单位是 m2； （2）水平位置时叶片轴强度的计算 由图4-9位置Ⅱ可得出叶片轴根部最大正应力为
m a x M b G rc2 F vrm 2 /W F c/A
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
由于风轮的噪声与风轮转速直接相关，大型风力发电机组应尽量降低 风轮转速；
风轮的费用约占风力发电机组总造价的20~30%，而且它至少应该具 有20年的设计寿命。
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4.1.1 叶片的基本概念
风力发电原理
风轮旳总转矩是由风轮桨叶全部叶素旳转矩微元之和。根据一样能够由总转矩得到风力机吸收总旳风能。
气流相对于叶片旳相对速度为：
33
3 涡流理论
因为存在尾流和涡流影响，风轮叶片下游存在着尾迹涡，它形成两个主要旳涡区：一种在轮毂附近，一种在叶尖。当风轮旋转时，经过每个叶片尖部旳气流旳迹线为一螺旋线，在轮毂附近也存在一样旳情况，风速旳涡流系统如下图。
5
当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角或迎角）时，随攻角增长升力会增大，阻力也会增大，平衡这一利弊，一般说来攻角为8至15度很好。超出15度后翼片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。
6
7
发生转变旳临界角度称之为临界迎角或失速迎角，对于不同旳翼型失速迎角也不同，一般翼型多在10度至15度，一般薄翼型失速迎角稍小，厚翼型失速迎角要大某些；对于同一种翼型影响失速迎角旳是翼片运营时旳雷诺数与翼片旳光洁度。
计算出升力为3075牛顿
18
风力机叶片运动时所感受到旳风速是外来风速与叶片运动速度旳合成速度，称为相对风速。上图是一种风力机旳叶片截面，当叶片运动时，叶片感受到旳相对风速为w，它是叶片旳线速度（矢量）u与风进叶轮前旳速度（矢量）v旳合成矢量。
19
相对风速与叶片弦线之间旳夹角就是叶片旳攻角α
（2）
25
根据国家原则，把风力发电机组旳分为5级，按年平均风速10 m/s、8.5 m/s、7.5 m/s、6 m/s四种风速和特殊设计风速一个（本处设为13 m/s），我们再增长停机风速20 m/s和起动风速3 m/s共七个风速来计算单位面积（每平方米）旳风功率与风压，计算所得数据填于下表： 风速、风功率、风压对照表
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4-第4章-《风轮》
第四章风轮1、风轮是风力发电机组最关键的部件，风轮的成本约占风力发电机组总造价的【20%〜30%】，其设计寿命为【20】年。
2、在风力发电机组中，风轮的作用是把风的【动能】转换成风轮的【旋转机械能】，并通过传动链传递到发电机转换为【电能】。
3、风力发电机组的空气动力特性取决于风轮的【几何形式】。
风轮的几何形式取决于【叶片数】、【叶片的弦长】、【扭角】、【相对厚度分布】以及叶片所用翼型空气动力特性等。
4、风力发电机组追求的目标应该是【最经济的发电成本】，因此除了正确选择几何参数，优化空气动力设计外，还应合理选择【叶片数】、【叶片结构】和【轮毂形式】等。
5、【静止】状态的风轮和【超出生存风速】状况下旋转的风轮都不会产生功率。
6、在风轮转速确定的情况下，可以通过改变叶片【空气动力学外形】，如改变【叶尖形状】、降低【叶尖载荷】等来降低噪声。
7、由于风轮的噪声与风轮【转速】直接相关，当【叶尖速度】达到【70-80m/s】时，会产生很高的噪声，所以大型风力发电机组应尽量【降低】风轮转速。
8、叶片数多的风轮在【低】叶尖速比运行时有较高的风能利用系数，具有较大的【转矩】，而且启动风速较【低】，比较适用于提水。
9、叶片数少的风轮在【高】叶尖速比运行时有较高的风能利用系数，但启动风速较【高】，比较适用于风力发电。
10、风力发电机组两叶片与三叶片相比，虽然节省了材料，但风轮的【动态载荷】较大，解决【结构振动】问题的费用较多，使优点并不突出。
11、风轮的叶片数取决于【风轮尖速比】，一般来说，要得到很大的输出扭矩就需要较大的【叶片实度】。
12、单叶片和2叶片风轮的轮毂通常比较复杂，为了限制风轮旋转过程中的载荷波动，轮毂具有【跷跷板】的特性（即采用柔性轮毂）。
13、假如3叶片风轮也要达2叶片风轮这样的高转速，那么要使每个叶片的【弦长】设计的很小，从结构上来说可能无法实现。
14、风轮联接在轮毂上，允许风轮在旋转平面内向后或向前倾斜几度，这样可以明显地减少由于【阵风】和【风剪切】在叶片上产生的载荷。
风力机空气动力学知识 64帧
4）叶片平均几何弦长：是叶片面积Ab与叶片长度的比 值，用C表示，C=Ab/L 5）叶片扭角：用θ表示，它是叶尖桨距角为零的情况下， 叶片各剖面的翼弦与风轮旋转平面之间的夹角。 6）叶片转轴(机械回转轴) 7）叶片桨距角：叶片尖部剖面翼弦与风轮旋转平面之间的 夹角。
2.风轮几何参数 1）风轮叶片数：组成风轮的叶片的个数，用B表示。 2）风轮直径：风轮旋转时风轮外圆直径，用D表示。 3）风轮面积：通常指风轮扫掠面积，用A表示。 A=πD2/4 4）风轮锥角：叶片与旋转轴垂直的平面的夹角，用χ表示。 锥角的作用是当风轮旋转时叶片离心力会产生与方向相反的分力， 以此抵消风压力对叶片的弯曲载荷，减少叶片根部的弯应力。
49不同风轮实度时的风轮力推力系数411不同叶片桨距角时的风轮一般用风力机输出功率随风速的变化曲线pv和风力机功率系数随风速的变化曲线c1
Ct = ClsinΦ - Cd cos Φ
σC t b = 1 + b 4Fsin Φ cos Φ
（7）比较计算的a和b值与上一次的a和b值，如果误差小于 设定的误差值（一般可取0.0001），则迭代终止；否则，再 回到（2）继续迭代。需要指出的是：当风轮进入涡环状态 时，还要用经验公式对动量—叶素理论进行修正。 迭代求的a和b值后，根据叶素理论可以积分求得风轮主轴 与力与力矩，进而求得风能利用系数等参数。
3.3风力机翼型 1.风力机翼型
长期来，风力机翼型主要选自航空翼型，如NACA44系列、 NACA63-2系列翼型等。专门的风力机翼型有美国的NREL S 系列、瑞典的FFA-W系列和荷兰的DU系列。 风力机和航空翼型在运行环境、载荷和结构有下列不同：
（1）风力机叶片是在相对较低的雷诺数下运行，翼型边界层 的特性发生变化；
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《风力机空气动力学》
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§4-2：基础理论
与前面比较，本节考虑风轮尾流的旋转。 气流在风轮上产生转矩时，也受到风轮的反作用力，由此气流产生了 一个反向的角速度，使尾流以相反的方向转动。
新能源、可再生能源 ➢ 我国丰富的风资源与
政府的大力支持 ➢ 风能是有很强综合性的
技术学科
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§4-1：概述
研究内容
➢ 风力机空气动力模型； ➢ 风力机翼型空气动力特性； ➢ 风力机叶片空气动力设计； ➢ 风力机风轮性能计算； ➢ 风力机空气动力载荷计算； ➢ 风力机气动弹性稳定性和动力响应； ➢ 风力机空气动力噪声和风力机在风电场中的布置等。
图３-１ 风轮流动的单元流管模型
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9
§3-2：基础理论
假设来自远前方的流管，在叶轮激盘处恰与激盘外径相切，并伸 向下游，如此建立控制体。
应用一维动量方程得
激盘前后区域应用伯努利方程
T m V1 V2
m 单位时间流经风轮的空气
风轮处的质量流量：VA ，那么
T AV V1 V2
V
2 3
V1
V2
1 3
V1
V2/V1
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风轮附近速度和压力的变化规 律
➢ 风力平面处的风速总比来流小 （风轮吸收了功率）
➢ 本模型假设尾迹不旋转，意味着 在转动尾迹的动能中没有能量损 失。
✓ 实际上肯定是有损失的。
➢ 即使对最佳设计的风轮也不可能 系数60％的风动能。
V12
V22
1 AV
2
V12 V22
代入
V V2
V1(1 a) V1(1 2a)
得出 P 2AV13a1 a2
讨论：
当
dP da
2AV13
1 4a
3a 2
0
时P 出现极值
∴ a 1和a 1/ 3
又∵ a 1/ 2
∴ a 1/3
又∵
d2P da2
0
，P取得极大值
∴
Pmax
8 27
AV13
V V1 V2 2
说明：流过风轮的风速是风轮 前来流风速和风轮后尾流速度
1 2
V12
p1
1 2
V
2
pa
1 2
V22
p2
1 2
V
2
pb
由假设知 p1 p2，则
pa
pb
1 2
V12
V22
根据动量理论得 T A pa pb
∴
T
1 2
A V12
V22
的平均值。
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桨叶片
刹车装置
偏转电机
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低速轴 增速齿轮箱
§4-1：概述
高速轴
发电机 风速仪
风向标
偏转机构 塔架
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控制器
机匣
7
§4：风力机空气动力学 §4-2：基础理论
动量理论
➢ 尾流不旋转的动量理论 ➢ 风轮尾流旋转时的动量理论
叶素理论 动量－叶素理论 涡流理论
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§4-2：基础理论
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§4-2：基础理论
为什么风力机尾迹的流管是扩张的？
➢ 由质量守恒方程
➢ 以及 ➢ 可得
R12V1 R2V R22V2
V V1(1 a) V2 V1(1 2a)
R R1 (1 a) 以及 R2 R
(1 a) /(1 2a)
➢ 对于最大功率情况，有
R 1.225R1 R2 1.414R 1.732R1
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§4-2：基础理论
➢ 实验表明，由前面理想风力机假设所得到的功率系数和推力系数只 在约a<0.4时是正确的。
➢ 大于0.4，风轮前后的速度差变大，需要从外部把动量输入到尾迹 中，使尾迹边沿的自由剪切层不稳定，形成湍流尾迹状态。
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风轮尾流旋转时的动量理论
§4-2：基础理论
➢ 由于风施加在风轮上的力矩的反作用，使转子后面的流动以与转子相反的方向旋转 ➢ 尾迹的旋转将减少风轮对能量的吸收。 ➢ 一般旋转尾迹的这部分动能将随转子力矩的增大而增加。所以，低转速风轮（小转
速、大转矩）要比高转速（低转矩）产生大的尾迹旋转损失。（功率不变）
10
§4-2：基础理论
由于受风轮的阻挡，风流向
风轮时速度减小。定义轴向诱导
因子 a a /V1 和轴向诱导速度 a
V V2
VV11((11a2)a)
风轮尾流处的轴向诱导速度是风 轮处的二倍。
∴ a 1 V2 2 2V1
如果风轮吸收风的全部能量，即
V2 0 amax 1/ 2
而实际情况下，风轮仅能吸收部
8
§4-2：基础理论
动量理论
用来描述作用在风轮上的力与来流速度之间的关系，回答风轮究竟 能从风的动能中转换成多少机械能。 ➢ 风轮尾流不旋转的动量理论
研究不考虑风轮尾流旋转时的理想情况．假设：
✓ 气流是不可压缩的均匀定常流； ✓ 风轮简化成一个桨盘； ✓ 桨盘上没有摩擦力； ✓ 风轮流动模型简化成一个单元流管； ✓ 风轮前后远方的气流静压相等； ✓ 轴向力（推力）沿桨盘均匀分布。
分能量，因此 a 1/ 2 。
T
1 2
AV12
4a1
a
风轮轴向力（推力）系
数 CT ，则
CT
T
1 2
AV12
∴ CT 4a1 a
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§4-2：基础理论
根据能量方程，风轮吸收的能
量（风轮轴功率P）等于风轮前后
气流动能之差（据假设流动前后静
压不变)
P
1m 2
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§4-2：基础理论
定义风轮功率系数/风轮风能利用系数为
P
CP
1 2
AV1风轮功率系数最大: Cp max 0.593
——贝兹(Betz)极限
即在理想情况下，风轮最多能吸收59.3%的风的动能。
对应于最大值，有
风力机空气动力学
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《风力机空气动力学》
1
主要内容
概述 基本理论 风力机的空气动力设计 风力机性能 风电场中的空气动力学问题 计算流体力学在风力机和风电场分析和设计中的应用
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2
§4：风力机空气动力学 §4-1：概述
研究背景
➢ 能源问题 ➢ 风能：人类最古老能源
研究方法
➢ 理论计算：工程计算方法和数值计算方法 ➢ 风洞试验 ➢ 风场测试
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4
§4-1：概述
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5
轮毂 叶片
机舱 塔架
§4-1：概述
低速轴 增速器 高速轴 发电机 停车制动器
尾舵调向 /风向标
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6
叶轮 轮毂