文档介绍：风能技术培训讲义 (1) 2001年9月
第二章风力机空气动力学基础
主要内容:
叶片的空气动力特性
叶轮的空气动力模型
叶素理论
序言
风力发电机工作过程描述
风力发电机(以下简称风力机)是一种将风能转换为电能的能量转换装置。
风力机系统结构
风电
传动系
发电机
叶轮
控制系统
§ 空气动力学的基本概念
流线
气体质点:体积无限小的具有质量和速度的流体微团。
流线:
——在某一瞬时沿着流场中各气体质点的速度方向连
成的一条平滑曲线。
——描述了该时刻各气体质点的运动方向:切线方向。
——一般情况下,各流线彼此不会相交。
——流场中众多流线的集合称为流线簇。如图所示。
绕过障碍物的流线:
——当流体绕过障碍物时,流线形状会改变,其形状取决于所绕过的障碍物的形状。
不同的物体对气流的阻碍效果也各不相同。
考虑这样几种形状的物体,它们的截面尺寸相同,但对气流的阻碍作用(用阻力系数度量)各异。
阻力与升力
阻力:当气流与物体有相对运动时,气流对物体的平行于气流方向的作用力。
升力:
先定性地考察一番飞机机翼附近的流线。当机翼相对气流保持图示的方向与方位时,在机翼上下面流线簇的疏密程度是不尽相同的。
——根据流体运动的质量守恒定律,有连续性方程:
A1V1 = A2V2 + A3V3
其中A、V分别表示截面积和速度。下标1、2、3分别代表前方或后方、上表面和下表面处。
——根据伯努利方程:
P = P0 +1/2 * V2
有: 气体总压力=静压力+动压力=恒定值
考察二维翼型气体流动的情况。
——上翼面突出,流场横截面面积减小,空气流速增大,即V2>V1。而由伯努利方程,必使:
P2 < P1,即压力减小。
——下翼面变化较小, V3≈V1,使其几乎保持原来的大气压,即: P3 ≈ P1。
结论:由于机翼上下表面所受的压力差,使得机翼得到向上的作用力——升力。
翼型的气动特性
一、翼型的几何描述
前缘与后缘:
翼弦:OB,长度称为弦长,记为 C。
——弦长是翼型的基本长度,也称几何弦。
——此外,翼型上还有气动弦,又称零升力线。
O B
翼弦 C