课程设计--风力机

风力机叶片设计 终极版

机 械 与 动 力 工 程 学 院

风力机空气动力学课程设计

设计题目：

设 计 人： 王 伦

班 级： 风能1101

组 号：

指导教师： 姚桂焕

设计时间： 2周

成 绩：

日期：2014.6.23-2014.7.4

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设计内容及要求

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3.设计工作任务及工作量的要求一、对于给定的风力机工作环境以及功率按照 NACA 给定的参数设计风力机工作叶 片 每组同学数据给定情况不同可以采用手算和计算机编程序两种方式进行， 在答辩 时要提前说明计算方法以及在每种方法中遇到的问题，经教师校验方法正确后方可进行 答辩。 二、编制课程设计计算说明书 设计计算说明书中应附上主要计算公式以及适用条件、工作原理、设计方法、系统 构成及流程、计算成立条件，字数不少于 10000 字(至少要 8000 字) ,要求条理清晰， 逻辑严密，字迹工整。

4.主要参考文献：风力机空气动力学. Martin O.L. Hansen(著) ,肖劲松(译). 中国电力出版社， 2010 风工程与工业空气动力学. 贺德馨. 国防工业出版社，2006 风力机设计理论及方法. 赵丹平. 北京大学出版社, 2012

5.所用基础理论：根据动量理论，描述作用在风轮上的力与来流速度之间的关系。 根据叶素理论，将风轮叶片沿展向分成许多微段，即叶素，并假设在每个叶素上作用 的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和阻力。 叶素-动量理论，假设各个叶素单元作用相互独立，各个圆环之间没有径向干扰，轴 向诱导因子 a 并不沿着径向方

向改变。

6.相关参数的选定：(1)调速方式：变桨距 (2)翼型 (NACA 系列) (3)叶片数目：3 片 (4)风力机功率：10 kW (5)设计风速：10 m/s (6)风轮转速：160rpm (7)风能利用系数：0.45 (8)传动效率：0.92 (9)发电机效率：0.95 (10)叶片材料：碳纤维复合材料-3-

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7.常用变量参数声明; Pu------额定功率 P-------设计计算功率 P∞-----风流经风轮损失功率 D-------风轮直径 L-------叶片长度 B-------叶片数 C-------叶片剖面弦长 σ-----------风轮实度 R-----------风轮半径 r------------叶素距旋转中心的距离 A------------风轮扫过的面积 U1-----------额定风速，来流风速 U2-----------风流过风轮后的下风向风速 α-------------叶素攻角，最佳攻角 Cl-------------升力系数 Cd-------------阻力系数 Φ--------------叶素入流角 β---------------叶素扭角，桨距角 μ ---------r/R 叶素到旋转中心距离与风轮半径的比值 Cx--------法向力系数

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Cy----------切向力系数 Ω ----------风轮旋转角速度，额定旋转速度 λ ----------叶素旋转速度与主流风速比 λ 。--------叶尖速比 W----------叶素合成流速 σr--------------叶片弦长实度 M--------------叶片转矩 T---------------风轮轴向推力 a---------------轴向诱导因子 b---------------周向诱导因子

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第一章 风力机发展程

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。 1.1风力机简介

风力机，将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。 许多世纪以来，它同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及20世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的 自然能源又重新引起了人们重视。

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1.2风力机简史

风车最早出现在波斯，起初是立轴翼板式风车，后又发明了水平轴风车。风车传入欧洲后，15世纪在欧洲已得到广泛应用。荷兰、比利时等国为排水建造了功率达66千瓦（90马力）以上的风车。18世纪末期以来，随着工业技术的发展，风车的结构和性能都有了很大提高，已能采用手控和机械式自控机构改变叶片桨距来调节风轮转速。 风力机用于发电的设想始于1890年丹麦的一项风力发电计划。到1918年，丹麦已拥有风力发电机120台，额定功率为5～25千瓦不等。第一次世界大战后，制造飞机螺旋桨的先进技术和近代气体动力学理论为风轮叶片的设计创造了条件，于是出现了现代高速风力机。1931年，苏联采用螺旋桨式叶片建造了一台大型风力发电机，风速为13.5米/秒时,输出功率达100千瓦,风能利用系数提高到0.32。 在第二次世界大战前后，由于能源需求量大，欧洲一些国家和美国相继建造了一批大型风力发电机。1941年，美国建造了一台双叶片、风轮直径达53.3米的风力发电机，当风速为13.4米/秒时输出功率达1250千瓦。 英国在50年代建造了三台功率为100千瓦的风力发电机。其中一台结构颇为独特，它由一个26米高的空心塔和一个直径24.4米的翼尖开孔的风轮组成。风轮转动时造成的压力差迫使空气从塔底部的通气孔进入塔内，穿过塔中的空气涡轮再从翼尖通气孔溢出。法国在50年代末到60年代中期相继建造了三台功率分别为1000千瓦和800千瓦的大型风力发电机。 现代的风力机具有增强的抗风暴能力，风轮叶片广泛采用轻质材料，运用近代航空气体动力学成就，

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使风能利用系数提高到0.45左右，用微处理机控制，使风力机保持在最佳运行状态，发展了风力机阵列系统，风轮结构形式多样化。 法国人在20年代发明的垂直轴风轮在淹没了半个多世纪之后，已成为最有希望的风力机型之一。这种结构有多种形式，它具有运转速度高、效率高和传动机构简单等优点，但需用辅助装置起动。人们还提出了许多新的设想，如旋涡集能式风力机，据估计这种系统的单机功率将100～1000倍于常规风力机。 中国利用风车的历史至少不晚于13世纪中叶，曾建造了各种形式的简易风车碾米磨面、提水灌溉和制盐。直到20世纪50年代仍可见到“走马灯” 式风车。 1.3风力机的特点

新一代风力机的特点是： ①增强抗风暴能力；

②风轮叶片广泛采用轻质材料,如玻璃纤维复合材料等； ③运用近代航空气体动力学成就使风能利用系数提高到0.45左 右；

④用微处理机控制，使风力机保持在最佳运行状态； ⑤发展风力机 阵列系统； ⑥风轮结构形式多样化。 1.4风力机的基本原理

太阳对大气层的不均匀照射和地球表面吸热 …… 此处隐藏：6811字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……