風力發(fā)電機空氣動力學基礎(chǔ)知識

風力發(fā)電機空氣動力學基礎(chǔ)知識第一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五風力機空氣動力學基礎(chǔ)知識WindTurbineBasics第二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五什么叫風？風就是流動的空氣，一塊薄平板放在流動的空氣中會受到氣流對它的作用力，我們把這個力分解為阻力與升力。風力和阻力第三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五風力和阻力圖中F是平板受到的作用力，F(xiàn)D為阻力，F(xiàn)L為升力。阻力與氣流方向平行，升力與氣流方向垂直。第四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五風力和阻力第五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五風力和阻力我們先分析一下平板與氣流方向垂直時的情況，見上圖，此時平板受到的阻力最大，升力為零。當平板靜止時，阻力雖大但并未對平板做功；當平板在阻力作用下運動，氣流才對平板做功；如果平板運動速度方向與氣流相同，氣流相對平板速度為零，則阻力為零，氣流也沒有對平板做功。一般說來受阻力運動的平板當速度是氣流速度的20%至50%時能獲得較大的功率，阻力型風力機就是利用葉片受的阻力工作的。第六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五風力和阻力第七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五風力和阻力當平板與氣流方向平行時，平板受到的作用力為零（阻力與升力都為零）。當平板與氣流方向有夾角時（見上圖），氣流遇到平板的向風面會轉(zhuǎn)向斜下方，從而給平板一個壓力，氣流繞過平板上方時在平板的下風面會形成低壓區(qū)，平板兩面的壓差就產(chǎn)生了側(cè)向作用力F，該力可分解為阻力FD與升力FL。第八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五風力和阻力平板與氣流方向的夾角稱為攻角，當攻角較小時，平板受到的阻力FD較小；此時平板受到的作用力主要是升力FL第九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五風力和阻力飛機、風箏能夠升到空中就是依靠升力，升力型風力機就是靠葉片受到的升力工作的。第十頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力翼型本是來自航空動力學的名詞，是機翼剖面的形狀，翼型均為流線型，風力機的葉片都是采用機翼或類似機翼的翼型第十一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力（1）前緣、后緣

翼型中弧線的最前點稱為翼型的前緣，最后點稱為翼型的后緣。（2）弦線、弦長

連接前緣與后緣的直線稱為弦線；其長度稱為弦長，用c表示。弦長是很重要的數(shù)據(jù)，翼型上的所有尺寸數(shù)據(jù)都是弦長的相對值。（3）最大彎度、最大彎度位置

中弧線在y坐標最大值稱為最大彎度，用f表示，簡稱彎度；最大彎度點的x坐標稱為最大彎度位置，用xf表示。（4）最大厚度、最大厚度位置

上下翼面在y坐標上的最大距離稱為翼型的最大厚度，簡稱厚度，用t表示；最大厚度點的x坐標稱為最大厚度位置，用xt表示。

（6）后緣角

翼型后緣上下兩弧線切線的夾角稱為后緣角，用τ表示。

對稱翼型的彎度f為0，t1=t2,上下表面對稱。（5）前緣半徑

翼型前緣為一圓弧，該圓弧半徑稱為前緣半徑，用r1表示。第十二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力第十三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力民航飛機機翼的截面是常用的翼型，能產(chǎn)生較大的升力，且對氣流的阻力很小，常用的飛機翼型上表面彎曲，下表面平直，是有彎度翼型（不對稱翼型），見圖，即使葉片弦線與氣流方向平行也會有升力產(chǎn)生，這是因為繞過翼型上方的氣流速度比下方氣流快許多，跟據(jù)流體力學的伯努利原理，上方氣體壓強比下方小，翼片就受到向上的升力FL第十四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力第十五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力翼型的弦線與來流方向的夾角稱為攻角或迎角。當攻角增大時，翼型受到的升力會增大，有攻角的翼型能受到較大的升力，在來流不變時翼型受到的升力隨攻角的增大而增大，阻力雖有增加但很小，與升力相比可忽略不計。下圖是攻角為12度時的氣流與升力圖。第十六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力第十七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力第十八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力有彎度翼型在攻角為某一負值時，升力為0，稱該攻角為零升力攻角（零升力角）。雖然翼型受到的升力隨攻角的增大而增大，但攻角增大到某個臨界角度后，翼型上方氣流會發(fā)生分離，產(chǎn)生渦流，升力會迅速下降，阻力會急劇上升，這一現(xiàn)象稱為失速。對于不同的翼型這個角度也不同，一般為10至15度，第十九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期五翼型的升力與阻力風力發(fā)電機有阻力型與升力型兩種，水平軸風力機基本都是升力型，垂直軸風力機有升力