风力发电课程设计 风力机叶片设计
风力发电系统中叶片设计的最优化研究
风力发电系统中叶片设计的最优化研究随着人们对环境保护意识的提高，新能源领域的发展也日渐受到关注。
其中，风力发电作为一种干净、可再生的能源形式，一直受到人们的追捧。
然而，对于风力发电系统来说，风力机叶片的设计是非常关键的一步。
因此，对风力机叶片进行最优化研究，将会对风力发电的发展产生积极的影响。
一、叶片的基本知识及近年来的发展趋势风力机叶片作为风力发电系统中的重要组成部分，其工作质量决定了风力机的工作效率与经济效益。
基本叶片设计参数和关键技术包括风轮直径、叶片数目、叶片型线、叶片长度以及夹角等。
在过去的几十年里，叶片的设计不断更新，许多新的技术被引入并应用于制造实践中。
例如，吸收晶须增强技术、复合材料和3D打印技术等。
尤其是近年来，机器学习技术也被用于叶片设计，进一步提高了叶片的效率。
二、叶片设计的最优化研究叶片的设计最优化是指找到使其性能和造价达到最合理化的叶片几何参数的过程。
此外，叶片设计还需要考虑一些其他因素，例如可靠性和安全性。
在实际情况下，叶片类型和尺寸的选择取决于风电机组的性能、成本和可靠性需要。
因此，需要综合考虑多种因素来确定最合适的叶片设计。
以下是一些最优化研究的方法。
1. 传统方法传统方法一般采用试错或经验公式，并通过实验或现有叶片的数据来进行验证。
这种方法的优点在于成熟、实用性较高，而缺点则在于其计算效率较低，质量难以保证，并且叶片形状的可塑性较差。
2. 优化算法随着计算机的应用，一些优化算法的出现，如遗传算法、蚁群算法等，被广泛应用于叶片的最优化研究。
这些方法通过大量的计算和模拟，使得叶片设计更准确、更节能、更环保。
三、叶片设计的影响因素风力机叶片的设计是非常复杂的，涉及多个因素，包括但不限于下列内容。
1. 叶片材料叶片材料直接决定了叶片的可靠性、经济性和使用寿命，一般设计中多采用复合材料。
2. 叶片形状叶片形状决定了风能转化效率和风轮的空气动力特性，需进行流场分析。
3. 叶片长度叶片长度影响风轮直径和面积，进而影响到风轮的产生风能的能力，即是否依据本地风速实时可控产生的风能。
风力发电机组叶片设计与性能优化
风力发电机组叶片设计与性能优化风力发电是一种可再生能源，利用风的动能转换为电能。
其中，风力发电机组的叶片是最关键的组件之一。
本文将重点讨论风力发电机组叶片的设计与性能优化。
1. 叶片设计原理风力发电机组的叶片主要用于捕获风能并转化为机械旋转能，并通过传动装置将机械能转化为电能。
叶片的设计原理包括以下几个方面：1.1 叶片的形状与曲率分布：叶片的形状和曲率分布对于风能的捕获和转化至关重要。
适当的曲率分布可以使风能转化效率最大化。
1.2 叶片长度和宽度比例：叶片的长度和宽度比例也会影响风能转化的效果。
适当的长度和宽度比例可以提高叶片的刚性和稳定性。
1.3 叶片材料选择：叶片的材料应具备一定的刚度、强度和耐腐蚀性能。
常用的材料包括玻璃纤维复合材料、碳纤维和铝合金等。
2. 叶片性能优化叶片的性能优化旨在提高风能转化效率，并降低噪音和振动。
以下是一些常见的叶片性能优化策略：2.1 气动外形优化：通过改变叶片的气动外形，如叶片的弦长、厚度以及前缘和后缘的形状等，可以提高叶片的气动效率和动态响应特性。
2.2 叶片结构优化：通过优化叶片的结构设计，如采用空心叶片、增强支撑结构和减小叶片质量等，可以提高叶片的刚度和稳定性，减小叶片的振动和噪音。
2.3 材料优化：选择合适的材料以提高叶片的强度和刚度。
同时，考虑材料的成本和可持续性，如选择可再生材料或回收材料。
2.4 控制系统优化：通过优化叶片的控制系统，实现叶片角度的调整和适应不同风速条件，进一步提高风能转化的效率。
3. 叶片性能测试与验证为了验证叶片的设计和性能优化效果，需要进行相应的测试和验证。
常见的测试方法包括：3.1 静态试验：对叶片进行材料强度和刚度等性能测试，以验证设计的可行性。
3.2 动态试验：通过在不同风速下对叶片进行负载测试，来评估叶片的动态性能和气动效率。
3.3 实地试验：在实际的风力发电场中，对叶片的性能进行实测，以验证设计的可靠性和有效性。
风力发电叶片设计原则
风电叶片的优化设计要满足一定的设计目标，其中有些甚至是相互矛盾的，如：·年输出功率最大化；·最大功率限制输出；·振动最小化和避免出现共振；·材料消耗最小化；·保证叶片结构局部和整体稳定性；·叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求。
风电叶片设计可分为气动设计和结构设计这两个大的阶段，其中气动设计要求满足前两条目标，结构设计要求满足后四条目标。
通常这两个阶段不是独立进行的，而是一个迭代的过程，叶片厚度必须足够以保证能够容纳腹板，提高叶片刚度。
(1)外形设计叶片气动设计主要是外形优化设计，这是叶片设计中至关重要的一步。
外形优化设计中叶片翼型设计的优劣直接决定风机的发电效率，在风机运转条件下，流动的雷诺数比较低，叶片通常在低速、高升力系数状态下运行，叶片之间流动干扰造成流动非常复杂。
针对叶片外形的复杂流动状态以及叶片由叶型在不同方位的分布构成，叶片叶型的设计变得非常重要。
目前叶片叶型的设计技术通常采用航空上先进的飞机机翼翼型设计方法设计叶片叶型的形状。
先进的CFD技术已广泛应用于不同类型气动外形的设计，对于低雷诺数、高升力系数状态下风机运行条件，采用考虑粘性的N-S控制方程分析叶片叶型的流场是非常必要的。
在过去的10多年中，水平轴风电叶片翼型通常选择NACA系列的航空翼型，比如NACA44XX，NA-CA23XX，NACA63XX及NASA LS(1)等。
这些翼型对前缘粗糙度非常敏感，一旦前缘由于污染变得粗糙，会导致翼型性能大幅度下降，年输出功率损失最高达30%。
在认识到航空翼型不太适合于风电叶片后，80年代中期后，风电发达国家开始对叶片专用翼型进行研究，并成功开发出风电叶片专用翼型系列，比如美国Seri和NREL系列、丹麦RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列。
这些翼型各有优势，Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低；RISO-A系列在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低；FFA-W系列具有良好的后失速性能。
风力发电机组叶片设计与性能分析
风力发电机组叶片设计与性能分析叶片作为风力发电机组的核心部件之一，其设计和性能分析对于提高风力发电机的发电效率和性能至关重要。
本文将围绕风力发电机组叶片的设计和性能进行详细讨论，包括叶片的设计原理、材料选择、结构设计以及性能分析与优化等方面。
1. 叶片设计原理风力发电机组叶片的设计原理主要包括气动力学原理和结构力学原理。
气动力学原理研究风力对叶片的作用力，包括气动力的大小、方向和分布等；结构力学原理研究叶片的强度、刚度和振动等特性。
在进行叶片设计时，需要将这两个原理进行综合考虑，以满足风力发电机组的性能要求。
2. 材料选择叶片的材料选择直接影响到叶片的强度、刚度和重量等性能指标。
常用的叶片材料有纤维复合材料（如碳纤维、玻璃纤维）、铝合金和钢材等。
纤维复合材料具有优良的强度和刚度，同时具备较低的重量和惰性，因此在风力发电机组叶片设计中被广泛应用。
3. 结构设计风力发电机组叶片的结构设计主要包括叶片的长度、形状和剖面等几何参数的确定。
通常情况下，叶片的长度应根据风力发电机组的机组容量和环境条件进行确定，以实现最佳的发电效率。
叶片的形状和剖面则直接影响到叶片的气动特性，如风阻、升力和推力等。
为了充分利用风能，叶片的气动特性应该尽可能优化，逐步增大风阻和升力，减小风阻系数和剪力等。
4. 性能分析与优化风力发电机组叶片的性能分析与优化通常采用计算流体动力学（CFD）模拟和试验验证相结合的方法。
通过CFD模拟，可以对叶片在不同工况下的流动场进行数值计算，获得叶片的气动特性，如风阻、升力系数、剪力等。
同时还可以对叶片进行结构力学分析，评估其强度和刚度等。
通过与试验数据的对比，可以验证CFD模拟的准确性，并对叶片的设计进行优化。
在进行风力发电机组叶片设计与性能分析时，还需要考虑以下几个关键因素：A. 多工况性能分析：叶片在不同风速下的气动特性会发生变化，因此需要对叶片在多个工况下进行性能分析，并针对不同风速进行优化设计。
风力机叶片设计及翼型气动性能分析
风力机叶片设计及翼型气动性能分析风力机叶片是风力发电机的核心部件之一，其设计和翼型选择对风力机的发电效率、噪音和寿命等都有着非常重要的影响。
本文将介绍风力机叶片的设计及翼型气动性能分析。
一、叶片设计原理风力机叶片的设计目的是将大气中的风能转换成旋转能，并将其通过转轴传递给发电机，从而产生电能。
因此，叶片的设计主要围绕以下几点展开：1. 创造足够的扭矩：风力机的转子需要达到一定的转速才能发电，而叶片的弯曲和扭矩对于旋转速度的影响至关重要。
设计中需要选择合适的曲线形状和长度来实现理想的扭矩和转速。
2. 保证叶片的强度和稳定性：因叶片在高速旋转状态下会受到巨大的惯性力和风力力矩的作用，因此其材料和结构要足够坚固和稳定，以避免可能的断裂等事故。
3. 提高叶片的气动效率：叶片的气动效率是指其转化风能的能力，通常可以通过优化翼型、减小阻力、降低风阻等方法来提高。
二、叶片设计步骤1. 选定叶片长度：叶片长度通常是根据风力机的规格和性能要求来确定的，也可以根据标准长度来选择。
2. 选择翼型：翼型是叶片的重要组成部分，其形状和性能决定了叶片的阻力和气动效率。
目前，常用的翼型有NACA0012、NACA4415等，根据实际需求来选择。
3. 确定叶片曲线：叶片的曲线是决定扭矩和转速的关键因素，可以通过实验或模拟方法得到合适的曲线形状。
4. 优化叶片的结构：结构设计主要涉及到叶片的强度和稳定性，通常需要进行材料选择、计算等工作以保证叶片的安全性和寿命。
5. 模拟叶片气动特性：叶片的气动特性可以通过流场模拟、试验等方式来获取，可以根据实际需求来对叶片进行调整以达到理想的效果。
三、翼型气动性能分析翼型气动性能是指翼型在气流中运动时产生的力和力矩，其中，升力和阻力是翼型气动力的主要组成部分。
通过分析翼型气动性能，可以选择最优化的翼型来设计叶片。
1. 升力和阻力翼型的升力和阻力是由翼型形状、气流速度、攻角等因素共同决定的。
实际上，翼型的气动性能曲线通常都是非线性的，其升力和阻力特性会随着攻角的变化而不断变化。
基于CFD仿真的风力发电机组叶片优化设计
基于CFD仿真的风力发电机组叶片优化设计随着对可再生能源需求的增加，风力发电在现代能源产业中占据着重要地位。
而风力发电机组的叶片作为转动能量的主要组成部分，其设计对于风力发电效率的提高至关重要。
因此，基于CFD （Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）仿真的风力发电机组叶片优化设计成为了当前研究和工程实践的热点之一。
1.概述风力发电机组通过将风能转化为机械能，再经由发电机转化为电能的过程，实现了清洁、可再生能源的利用。
在风力发电机组中，叶片作为风能转化的关键组件，其设计直接影响到发电机组的发电效率和性能。
优化叶片设计可以有效提高风能的转化效率，增加风力发电机组的发电量。
2.风力发电机组叶片设计的挑战风力发电机组叶片设计面临诸多挑战。
首先，由于风能是不稳定的，叶片需要具备良好的自适应能力以适应不同条件下的风能变化。
其次，由于风力发电机组的结构复杂、工作环境恶劣，叶片需要具备较高的强度和耐久性。
同时，为了提高叶片的发电效率，叶片的气动特性也需要得到充分的考虑。
3.CFD在叶片设计中的应用CFD是一种基于数值方法的仿真技术，通过对流动领域中各项物理方程的求解，可以较为准确地预测流场的分布和特性。
在风力发电机组叶片优化设计中，CFD技术的应用可以快速、有效地评估不同叶片设计方案的性能，并指导优化设计过程。
首先，利用CFD技术可以对叶片在不同风速下的气动特性进行模拟和分析。
通过计算流场中的风速、压力等参数，可以获得叶片的气动力，并对叶片设计进行评估和调整。
其次，CFD技术还可以模拟叶片与周围环境的相互作用。
在风力发电机组叶片设计中，考虑叶片与塔筒、浆轮等部件的相互作用对于提高效率和减少振动非常重要。
通过CFD仿真，可以定量分析叶片与周围环境的相互影响，并针对性地进行叶片结构和布置的优化设计。
最后，CFD技术还可以辅助优化叶片的材料选择和制造工艺。
通过模拟和分析叶片在不同材料和工艺条件下的性能，可以选择最佳的材料和工艺参数，提高叶片的强度和耐久性。
风力发电机组叶片设计原理研究
风力发电机组叶片设计原理研究随着对可再生能源的需求日益增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。
在风力发电机组中，叶片是转换风能为机械能的核心部件。
因此，叶片的设计和性能对于风力发电机组的有效运行和高效能量转换具有至关重要的作用。
一、风力发电机组叶片的基本结构风力发电机组主要由塔架、转子、发电机以及叶片等组成。
而叶片是最为关键的部件，其主要作用是通过捕获风的能量并将其转换为机械能。
叶片通常由复合材料制成，具有一定的柔韧性和刚性。
叶片的设计需要综合考虑气动性能、结构强度、材料特性以及成本等因素。
二、叶片的气动性能设计原理1. 叶片的气动外形设计叶片的气动外形设计是指通过外形的优化来提高叶片的气动性能。
一般情况下，叶片的外形呈现出弯曲的特点，这有利于增加叶片的面积，并提高叶片对风的捕获效果。
此外，叶片的前缘和后缘也需要进行适当的设计，以减小阻力和噪音。
2. 叶片的空气动力学设计叶片的空气动力学设计是指通过几何参数和气动参数的优化，使其在风力荷载下保持较好的稳定性和动态特性。
在设计过程中，需考虑叶片的扭转角度、截面形状、厚度分布等参数，以及流场的响应和控制。
三、叶片的结构强度设计原理1. 叶片的结构形式设计叶片的结构形式设计是指通过选择合适的材料和结构形式来满足叶片在风力荷载下的结构强度要求。
常见的叶片结构形式有直桨叶片和弯曲叶片两种。
直桨叶片适用于小型和中型风力发电机组，而弯曲叶片适用于大型风力发电机组。
2. 叶片的材料选择和布局设计叶片的材料选择需要考虑材料的强度、耐疲劳性能以及可加工性等因素。
常用的叶片材料有玻璃纤维增强塑料（GRP）、碳纤维复合材料（CFRP）等。
此外，叶片的布局设计也是叶片结构强度设计的重要内容，通过合理的布局设计可以提高叶片的整体强度和稳定性。
四、叶片设计的优化方法1. 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的叶片设计优化方法，通过建立叶片的数学模型，利用计算流体力学（CFD）方法对叶片的气动性能和结构强度进行分析和优化。
风力发电系统的新型叶片设计
风力发电系统的新型叶片设计一、引言风力发电作为新能源的一种形式，已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。
发电的过程中，风力叶片是非常重要的。
如今，随着技术的发展，人们对风力发电设备的性能和效率也提出了更高的要求，尤其是针对于风力叶片的设计。
本文将讨论风力发电系统中一种新型叶片设计方案。
二、传统风力叶片的设计传统风力叶片通常是由玻璃纤维和环氧树脂等材料制成的。
在设计中，主要考虑的因素包括减少噪音和提高叶片的力学强度。
叶片的形状和尺寸也是设计中需要考虑的一个重要因素，因为它们直接决定了叶片的效能。
三、新型叶片的设计近年来，研究人员在传统叶片基础上提出了一些新型叶片设计方案，以实现更高的效率和性能。
1. Vortex Bladeless西班牙的Vortex Bladeless公司开发出了一种不同于传统叶片的设计，他们称之为“无叶片叶轮”。
它不像传统的叶片那样具有固定的形状，而是由两个柱状物组成，通过压力波来达到捕捉风能的目的。
这种设计具有减少噪音、减少能源损失和较低的生产成本等优点。
2. Smart Blade德国的Smart Blade公司研究出了一种可以自适应改变形态的叶片，这种叶片搭载了传感器和电机，可以通过电子控制实现根据风力变化而自适应改变形态，以达到最佳效能。
这种智能叶片设计可以提高叶片的效率，并提高使用寿命。
3. Aerodyn德国的Aerodyn公司研究出了一种类似降落伞的风力叶片，其形状能更好地应对风力的变化，以及减少振荡和噪音。
这种“降落伞”形状叶片与传统的叶片相比效率提高了3%至5%，这是一个相当大的提高。
四、新型叶片设计的优点和挑战1. 优点新型叶片设计具有很多的优点，其中最显著的就是提高了效率、减少了噪音、缩短了制造周期，降低了生产成本。
此外，新型叶片的设计也使得输电线路的构建更加方便，这对于新型能源的推广具有非常重要的作用。
2.挑战新型叶片设计也面临一些挑战，例如实现该设计需要高精度的加工技术，这增加了生产成本和制造周期。
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课程设计设计题目：风力发电技术课程设计课程设计要求一、课程设计的目的和意义通过课程设计使学生能综合运用所学基础理论、基本技能和专业知识，联系生产及科研实际完成某一课程设计题目。
培养学生分析和解决工程问题的能力以及一定的科研、实践能力；培养学生严谨、求实的治学方法和刻苦钻研、勇于探索的精神；培养学生的业务素质、创新意识和团队精神等。
课程设计过程中，深化有关理论知识，扩大知识面，获得阅读文献、调查研究、总结提炼以及使用工具书和写作等方面的综合训练。
通过课程设计工作可以有效地检验“教”、“学”质量。
二、课程设计对学生的要求1. 指导教师指导下，学生在规定时间内正确、相对独立地完成一项给定任务的全过程，包括资料收集、调研、方案比较、数据采集与处理、计算与结果分析、总结提炼观点、得出结论、绘制有关图表、编写设计报告、说明讲解与回答问题、课程设计考核等。
严禁以任何方式抄袭他人成果或网上相关文章，也不能请他人代替完成设计，一经发现，课程设计成绩按不及格处理。
2. 根据设计任务书要求，学生在设计开始较短时间内(1-2天)应掌握所进行课程设计的内容，包括：资料收集与准备、设计任务与思路、工作任务分解、各阶段任务的时间分配、暂时存在的问题等。
3. 设计过程中，学生应主动向指导教师汇报工作进度和遇到的疑难问题，争取指导教师的指导和监督。
指导教师会随时进行指导，并抽查学生的设计进展情况。
4. 学生应严格遵守纪律。
按指导教师要求，在规定时间、固定教室内进行设计，如有特殊情况，应及时告知指导教师，严格请假制度。
5. 设计考核前学生需提交课程设计报告，设计报告应按照相关规范进行撰写，并按指导教师要求整理、修改，及时上交。
晚交设计报告，成绩降档处理；不交设计报告，按不及格处理。
6. 属下列情况之一者，不予考核并取消设计成绩：(1)没有保证设计时间，缺席时间三分之一以上者或未完成规定任务的最低限度要求；(2)剽窃他人设计结果或直接照抄他人设计报告；(3)设计结果存在较大错误，经指导教师指出而未修改；(4)设计结果在书写或其他方面未满足规定的最低要求。
三、课程设计考核1.课程设计的过程考核(1) 学生是否按设计任务书所提出的要求与时间，完成各阶段所规定的任务。
(2) 设计完成的质量和完成过程中所表现的创造性和学习态度，包括出勤情况等。
(3) 学生是否较好掌握设计所涉及的基础理论、基本技能和专业知识等。
(4) 设计报告思路是否清晰，文字、公式及图表等是否符合规范，报告上交是否及时等。
(5) 必要时学生需上交课程设计草稿，设计结束当天进行答辩或笔试考核等。
2.课程设计的成绩评定课程设计成绩评定采用优秀、良好、中等、及格和不及格五级分制记分，成绩包括平时答疑成绩、设计说明书成绩和答辩成绩三部分，其中平时答疑占20分，设计说明书成绩占40分，答辩成绩占40分。
设计内容及要求- 1 -- 2 -- 3 -第一章绪论1.引言随着化石能源的过渡消耗以及其对环境带来的严重影响，风能凭其清洁、可循环利用等诸多优点而越来越受到重视，各国都在积极开发利用本国的风能资源，中国也不例外。
探索小型风力发电机复合材料叶片设计与制造方能源是人类社会发展的不竭动力，现今化石能源的日益枯竭和其带来的环境污染问题成为困扰社会的两大难题。
破解迷局的重要方式之一是用清洁- 4 -能源代替传统能源，而风力发电正是清洁能源中技术最成熟，价格最接近传统火力发电的新能源。
风力发电在全球方兴未艾，欧洲计划在2020年使风力发电量达到总发电量的12％，其他各发达国家也正在大力发展风力发电。
中国风能资源丰富，非常适合发展风力发电技术。
本文对占我国面积50％地域的风能可利用区进行了研究，这里居住着我国绝大多数的贫困人口、农牧民和边防军人，发展适合那里的偏低风速风力发电技术可以改善生活条件和生存环境并且可以促进当地的经济发展。
风能可利用区大于3m／s风速每年只有2000～4000h，而如今的风能发电技术都属高风速技术，启动风速较高，不适合在这一地区应用。
要更高效的利用这么广大地域的风能只有发展新型适合偏低风速地域的风力发电技术，而叶片又是风力发电机中最重要的单元。
叶片设计的好坏决定了风力发电机的优劣。
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。
把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
《风力机空气动力学课程设计》是风能与动力工程专业中重要的实践性教学环节。
通过该教学环节，使学生熟练掌握风力机叶片工作原理，并能够通过结合动量叶素理论相关知识与给定的环境条件设计出工作叶片，巩固和提高其风力机叶片设计及制造知识，树立其理论知识指导设计的工作思想，加深其对现场生产实际的了解，培养其对工程技术问题严肃认真、负责的态度，为其以后从事实际工作打下坚实的基础。
2.设计任务简述。
（1）、课程设计的流程- 5 -（2）.概念设计内容a.叶轮直径计算与设计b.额定风速与转速的确定c.功率控制方式e.叶片性能分析与计算f.叶片造型的设计第二章叶片设计理论1、叶素理论叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素。
假设在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，即叶素可以看成是二维翼型，这时，将作用在每个叶素的- 6 -- 7 -力和力矩沿展向积分，就可以求得作用在风轮上的力和力矩。
对每个叶素来说，其速度可以分解为垂直于风轮旋转平面的分量0y V 和平行风轮旋转平面的分量0y V ，速度三角形和空气动力分量如图2-3所示。
图中：Φ角为入流角，α为迎角，θ为叶片在叶素处的几何扭角。
合成气流速度0V 引起的作用在长度为dr 叶素上的空气动力d a F 可以分解为法向力n dF 和切向力t dF ，d a F 和t dF 可分别表示为2012n n dF cV C dr=ρ （2-1）2012t t dF cV C dr=ρ其中 ρ——空气密度；c ——叶素剖面弦长；；e 、q ——分别表示法向力系数和切向力系数，即n cos sin l d C C C =φ+φ（2-2）sin cos t l d C C C =φ+φ这时，作用在风轮平面dr 圆环上的轴向力可表示为201cv 2n dT B C dr =ρ （2-3） 式中 B--叶片数。
作用在风轮平面dr 圆环上的转矩为- 8 -201cv 2t dM B C rdr =ρ （2-4）2、动量叶素理论为了计算作用在风轮叶片上的力和力矩，必须计算风轮旋转面中的轴向诱导 因子a 和周向诱导因子b ，这就需要用动量——叶素理论来求解。
因为214v (1)dT a a rdrπ=ρ- 和31=4v (1)dM b a r dr πρ- （2-5）由叶素理论可得 201cV 2n dT B C dr =ρ 和 （2-6） 201cV 2t dM B C rdr =ρ综上可得2021(1)4n V a a C V σ-= （2-7） 式中2Bc rπσ=（2-8）由图（2-3）所示的速度三角形和式010(1)(1)x y V V a V r b =-=Ω+ （2-9）可得 1(1)sin a V V -φ= （2-10）整理后可得214sin n C a a σ=-φ （2-11）同理314(1)dMV b a r dr π=ρΩ- （2-12）由上述公式可得- 9 -201(1)4rt V b a C V σ-Ω （2-13）由图2-3所示的速度三角形和式(2-9)可得cos (1)rb V Ωφ=+ （2-14） 将式(2-10)和式(2-14)代入式(2-13)可得(1)4sin cos t C b b σ=+φφ （2-15）如果考虑普朗特叶尖损失修正因子2r arccos[exp()]2sin B R F r π-=-φ（2-16）则式(2-11）和式(2-16)可表示为n 2144sin C aa F σ=-φ （2-17）这样，根据上面的关系式就可以通过迭代方法求得轴向诱导因子a 和周向诱导因子b ，迭代步骤如下①_x0001_ 设a 和b 的初值，一般可取0 ；③计算入流角1(1)arctan (1)a V b r-φ=+Ω③计算迎角θα=φ-④根据翼型空气动力特性曲线得到叶素的升力系数l C ．和阻力系数d C ： ⑥计算叶素的法向力系数n C ．和切向力系数t C 。
cos sin sin cos n l d t l d C C C C C C =φ+φ=φ+φ⑥计算a 和b 的新值- 10 -214sin 14sin cos n t C a a F C b b F σ=-φσ=+φφ⑦比较新计算的a 和b 的值与上一次的a 和b 值，如果误差小于设定 的误差值(一般可取0．001)，则迭代终止；否则，再回到②继续迭 代。
需要指出的是：当风轮叶片部分进入涡环状态时，动量方程不再适用；这时， 可用下面的经验公式对动量——叶素理论进行修正。
①_x0001_ 尔森(Wilson)修正方法 当a >0.38时，将第⑥步中的214sin n C a a F σ=-φ． 由22(0.5870.96)(1)4sin n C a a F σ+=-φ（2-18） 代替。
②葛劳渥特(Glarert)修正方法当a >0.2时，将第⑥步中的214sin n C aa F σ=-φ由1[2(12)]2c a k a =+- （2-19） 代替。
式中 24sin nF k C φ=σ0.2c a ≈ （2-20）需要指出的是：在上述计算轴向诱导因子a 和周向诱导因子b 时，都假定风 轮的锥角Z 为零，当风轮的锥角不为零时，则式(2-11)、(2-15)可分别表示为22cos 14sin 14sin cos n x tC X aa Cb b σ=-φσ=+φφ（2-21）- 11 -式中2rcosxx Bcπσ=（2-22）根据上面的方法就可以用选代方法求得风轮有锥角时的轴向诱导因子a 和 周向诱导因子b 。
3、葛劳渥旋涡理论及叶片外形的确定葛劳渥旋涡理论是由美国马萨诸塞州阿默斯特大学的研究者建立的一种风轮理论模型，它考虑了气流通过风轮后的旋涡效应以及气流由旋涡效应而产生的诱导速度。