风力机理论与设计 第1章 绪论.ppt

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1、第一章绪论本章教学目标】了解人类对风能的利用历史；风力发电的发展历程；大气环流，理解海陆风、山谷风、季风、台风的形成；理解风特性，掌握平均风速和风向、湍流度，理解风速随时间的变化规律，掌握风速的垂直变化，理解风玫瑰图；掌握风能公式，熟悉中国风能资源分布特点。1.1风力机的发展史风能，是人类最早使用的能源之一，风能的利用已有数千年的历史。在蒸汽机应用之前，风能曾经作为重要的动力源，用于船舶航行、提水灌溉及饮用、排水造田、磨面和锯木等。现代社会在风能的利用方面，风力发电成为其最主要的方向。1.1.1人类早期对风能的利用1.1

2、.1.1风帆的应用1.1.1.2风车的应用图1.1宋朝的垂直轴风车图1.2古代的风力磨坊1.1.2风力发电风力发电就是风力机通过风轮来捕获风能，利用风对叶片的作用力推动叶片绕主轴旋转，通过一系列的传动进而带动发电机发电，把吸收的风的动能转换为电能输出。图1.5达里厄型风力发电机的类型升力型垂直轴风力发电机组利用翼型的升力做功，最典型的是由法国工程师达里厄(G•J•M•Darrieus）于1927年发明的达里厄型(Darrieustype）风力发电机组，图1.6φ型与H型垂直轴风力发电机图1.9美国的大型风力发电机1.2风

3、与风能太阳辐射是大气流动的动力源，由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同，造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风，水平运动的空气就形成了风。风能就是指风具有的能量，即流动空气所具有的动能。风能实质上是太阳能的转化形式，是一种取之不尽、用之不竭、分布广泛、不污染环境、不破坏生态的绿色可再生能源。图1.13大气环流示意图1.2.1大气科学的基础知识1.2.1.1大气层1.2.1.2大气环流1.2.2风的形成1.2.2.1风的成因风是由太阳辐射引起的。1.2.2.2风的类

4、型风受大气环流、地形、水域等不同因素的综合影响，表现形式多种多样，如季风、地方性的海陆风、山谷风、焚风、台风等。图1.14季风的形成(a）(b）图1.15海陆风的形成(a）白昼，海风；(b）夜间一陆风图1.16山谷风形成图(a）白天“谷风”；(b）夜间“山风”1.2.3风的特性风是一种矢量，它通常用风速与风向这两个参数来表示。（1）风速它表示空气在单位时间内流过的距离，单位是米/秒或英里/小时，风速可以用风速仪测量。1）平均风速的日变化2）平均风速月变化3）平均风速季度变化（2）风向风向是描述风能特性的又一个重要参数。

5、气象上把风吹来的方向定为风向。图1.18风向的16方位图（3）脉动风速1）湍流强度和阵风因子2）湍流功率谱密度（4）平均风速随高度变化1）对数律分布2）指数律分布（5）风玫瑰图图1.20地表上高度与风速的关系大都市中心地带有森林覆盖的乡镇、平原、沿海地带城市郊区地面高度（m）图1.21风玫瑰图图1.22能量密度玫瑰图6.71.2.4风能（1）空气密度从风能公式可知，的大小直接关系到风能的多少，特别是在海拔高的地区，影响更突出。（2）风速的统计特性（3）风能公式空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。（4）平均风能密度

6、和有效风能密度1.2.5风能（1）风能丰富区（2）风能较丰富区（3）风能可利用区（4）风能欠缺地区