风力机的设计基础

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1、第三编#新型风力机的设计与开发技术$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$第一章#风力机的设计基础风力机依靠叶轮汲取风能!叶轮直接决定风力机的"重要性能指标###风能利用系数$叶轮性能的好坏则取决于叶轮上叶片的数量和外形设计$现代风轮叶片的平面形状通常是接近矩形的直叶片!尖削度不大而展弦比比较大$这样叶片的展向流动是次要的!叶片的气动特性很大程度上取决于叶片的翼剖面形状及其所处的相对位置!也即翼剖面的气动特性是研究叶片性能的关键$研究绕翼剖面流动比较简单!易于

2、观察"实验"理论推导与分析!同时翼剖面气动特性也是探讨复杂情况的基础$空气动力学提供了对翼剖而作深入细致研究的理论基础!提供了丰富的翼剖面气动性能试验数据和理论计算方法!为风力机的气动研究和气动设计提供了依据$近代风力机叶片广泛采用了机翼翼剖面!大大提高了风力机的风能利用系数$第一节#翼型的几何参数翼型的气动性能直接与翼型外形有关$通常!翼型外形由下列几何参数决定$一、翼弦翼型前缘点$后缘点%之间的连线称翼弦!翼统$%的长度称作弦长以&表示!它是翼型的基准长度!也称为几何弦$除几何弦外!翼型上还有气动

3、弦$当气流方向与气动弦一致时!作用在翼剖面上的升力为零$对称翼型的几何弦与气动弦重合$气动弦又称零升力线!见图’(’所示$图’(’#翼型的气动弦与几何弦二、前缘半径与前缘角翼型前缘点的内切圆半径称为翼剖面前缘半径!以)表示$亚音速翼型前缘是圆!的$超音速翼型前缘是尖的$以前缘点上下翼面切线的夹角"表示!见图’(*$’%#"+%第三编#新型风力机的设计与开发技术$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$图’(*#翼型前缘半径与前缘角三、厚度与厚度分布在计算翼型时通

4、常采用如图’(#所示的直角座标!,轴与翼弦重合!-轴过前缘$点且垂直向上"这样在,轴上方的弧线称为上翼面#以./#0$表示$!下方的弧线称为下翼面#以.1#0$表示$"对应同一,座标的上下翼面点距为翼型的厚度!以2表示!见图’(#"厚度随0的变化称厚度分布!以2#0$表示"2#0$3./#0$(.1#0$当030时!232称最大厚度"4560图’(##翼型的厚度分布232#04$%4称为最大相对厚度!04为最大厚度位置!其无因次量04304%4"通常!翼型的相对厚度即指最大相对厚度!以2表示"四、中弧

5、线翼型内切圆圆心的连线叫做巾弧线!见图’(!"显然只有对称翼型时中弧线与翼弦重合"五、弯度与弯度分布翼型中弧线和翼弦间的高度称为翼型的弯度!弧高沿翼弦的变化称为弯度分布!见图’(+!以.2#0$表示’.7#0$3&./#0$8.1#0$’*当030时.#0$.!称为最大弯度!以7表示"737%4称为最大相对弯度!07为最大7777560(#"9(第三编#新型风力机的设计与开发技术$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$图’(!#翼型的中弧线弯度位置!其无因次量

6、0"4#同样!通常翼型的相对弯度指最大相对弯度!用7表示#7307图’(+#翼型的弯度分布六、后缘半径或后缘角翼型后缘点:的内切圆半径称为翼型后缘半径!以"表示#若后缘为尖的!则以后2缘点上下翼面的切线夹角"表示!称为后缘角#有的翼型后缘是平的!则用后缘厚度!222表示!见图’(9#图’(9#翼型上的后缘半径或后缘角第二节#低速翼型空气动力学基础$#";$第三编#新型风力机的设计与开发技术$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$一、作用在翼型上的气动力及其系数

7、在仅有重力作用的二维低速流场中!气体的压力与速度存在下列关系"""伯努利公式’*<=3>8#?*’*式中#<为总压!<为静压!为动压$为空气密度!?为该点的空气速度$伯=*#?#’*努利公式指出#气体的总能量<保持定值且等于气体的动能与势能<之和$=#?*图’(;为二维翼型气体流动的情况!在流场中质量保持连续不变!上翼面突出使流场横切面面积变小!空气流速加大即?%?!这样<&<$下翼面变化较小$这样上翼@@面静压值小于下翼面静压值!上下翼面压差的合力在翼型剖面上形成了升力%阻力%力矩等气动力$图’(;

8、#二维翼型气体流动情况’A翼剖面上的压强系数及其分布当翼剖面与空气作相对运动时!翼剖面上的压力随之变化!可用压强系数描绘各点的压力!定义如下’*<3&<(<@’(#?@*图’("为典型翼剖面的压强系数<分布情况$<为翼削面上各点的静压!<为无@穷远来流的静压&未受干扰时大气的静压’!?为无穷远处空气与翼剖面的相对运动速@度$图’(B上画有两个直角座标轴$其中0CD.C为翼型座标轴!0D.为风向座标轴!座标轴间仅差方位6角!6角为风向与翼弦间的夹角!称为攻