风机设计

1《风力机空气动力学》一、基础理论动量理论：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并不沿着叶轮径向改变。图1-1风力机受力示意图参考公式：轴向速度：0)1(vava切向速度：ravrot)'1(2图1-2叶素速度示意图叶素入流流速：22202)()'1()1(ravavrel入流角：relrelvarvav)1(cos;)1(sin,0攻角：法向力系数：sincosdlnCCC切向力系数：cossindltCCC诱导系数迭代方程：2sin41FCaanrcossin4'1'FCaatrsin2)(cos21rrRNfeFf风轮实度：RNcrNcr22叶素单位圆环扇面转矩：rraawrvM2,0)1()(4功率系数表达式：23021RvPCp3翼型与叶尖速比的关系：222))'1(()1('4aaaClr风轮直径设计：308vCPDpu叶尖速比：02/vD二、叶片设计流程(一)按照给定叶尖速比设计叶片参数步骤1：步骤2：沿叶片展向，将R分为若干段分。如，求取=0,1、0.2、…、0.9、1。选定翼型，确定最佳攻角下的Cl和Cd确定叶片数N计算风轮直径D，半径R计算风轮旋转角速度设定功率系数Cp0初值计算风轮实度：222))'1(()1('4aaaClr试取轴向诱导因子初值：a0切向诱导因子初值：22'0)1(aaa计算叶素入流流速：22202)()'1()1(rvavrelA4no计算诱导因子a、a’的相对误差：0000'''aaaaaaaa‘；计算每个下的转矩dM、功率dP并将所有dP相加得到Pyes计算入流角：relrelvarvav)1(cos;)1(sin,0；计算法向力系数：sincosdlnCCC切向力系数：cossindltCCC迭代计算轴向诱导因子a：2sin41FCaanr切向诱导因子a’:cossin4'1'FCaatr误差a8%误差a’8%替换诱导因子a、a’：''00aaaa；A5(二)改变叶尖速比，比较设计改变，绘制Cp和的对应关系曲线。符号表a：轴向诱导系数a’：切向诱导系数c：弦长dC：阻力系数：lC：升法向力系数：校正计算功率系数：30221vRPCP计算不同下叶片倾角：画出与的曲线计算不同下弦长：rNRc2画出c与的曲线计算CP相对误差：00PPPCCCCP计算P相对误差：uuPPPPP判断，参数修正6nC：法向力系数tC：切向力系数Cp：功率系数M：转矩N：叶片数P：风轮功率，WPu：设计功率，Wr：叶素半径，mR：风轮半径，mv0：来流风速，m/sva：轴向风速，m/svrel：入流总速度vrot：切向速度：冲角：当地叶片弦线到相对于风轮平面的倾角（例如，叶片扭角加上桨距角）：入流角：叶尖速比，阻力型风力机：0.3~0.6，升力型风力机：3~8，高速风力机6~8：无因此径向位置，=r/Rr：风轮实度：旋转角速度：空气密度，1.225kg/m3参考文献[1]风力机空气动力学.[丹麦]MartinO.L.Hansen著.肖劲松译.中国电力出版社.2009.6[2]风力机空气动力学.吴双群赵丹平主编.北京大学出版社.2011.10[3]风能技术.[美]TonyBurton等著.武鑫等译.科学出版社.2007.9[4]小型风力发电机设计与制作.[日]久保大次郎著.姚兴佳王益全译.科学出版社.2012.7