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第二章风力机的基本理论及工作原理第二章风力机的基本理论及工作原理2.1风力机基本理论 (1)2.1.1动量理论 (2)2.1.2叶素理论 (4)2.1.3动量-叶素理论 (5)2.2风力机空气动力设计 (7)2.2.1风轮几何参数 (7)2.2.2风力机空气动力设计参数 (8)2.2.3风力机翼型的阻力和升力 (8)2.2.4风力机气动外形设计 (14)2.3风力机性能 (14)2.3.1 风力机性能参数 (14)2.3.2 风力机叶片三维效应 (17)2.4风力机载荷 (17)2.4.1重力载荷 (17)2.4.2惯性载荷 (18)2.4.3气动载荷 (19)2.5垂直轴风力机 (19)2.5.1垂直轴风力机的分类 (19)2.5.2垂直轴风力机的主要特点 (20)2.5.3达里厄型垂直轴风力机 (20)2.5.4 S型垂直轴风力机 (24)2.5.5 其他垂直轴风力机 (27)2.5.6 直驱式垂直轴风力发电机 (29)2.6风电场中的空气动力问题 (33)2.6.1 风电场选址 (33)2.6.2 风力机尾流效应 (34)2.6.3 风力机布置 (34)2.6.4 风电场设计软件 (34)2.6.5 风能预测 (34)2.1风力机基本理论风力机是一种从风中吸取动能的装置。
通过动能的转移，风速会下降，但是只有那些通过风轮圆盘的空气才会受到影响。
假设将受影响的空气从哪些没有经过风轮圆盘、没有减速的空气分离出来，那么就可以画出一个包含受到影响的空气团的边界面，该边界面分别向上游和下游延伸，从而形成一个截面为圆形的长的气管流。
如果没有空气横穿界面，那么对于所有的沿气管流流向位置的空气质量流量都相等。
但是因为流管内的空气减速，而没有被压缩，所以流管的横截面积就要膨胀以适应减速的空气。
如图2.1所示。
图2.1 风力机吸收能量的流管能量虽然动能是从气流中吸取，但速度突变是不可能的，也是人们不希望发生的，由于巨大的加速度产生强大的作用力，这种速度突变又是需要的。
目录1前言22风轮气动载荷 (2)2.1 动量理论 (2)2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 (2)2.1.2 考虑风轮后尾流旋转 (3)2.2 叶素理论 (4)2.3 动量──叶素理论 (4)2.4 叶片梢部损失和根部损失修正 (6)2.5 塔影效果 (6)2.6 偏斜气流修正 (6)2.7 风剪切 (6)3风轮气动载荷分析 (7)3.1周期性气动负载................................................................................... 错误！未定义书签。
4.1载荷情况DLC1.3 (10)4.2载荷情况DLC1.5 (10)4.3载荷情况DLC1.6 (10)4.4载荷情况DLC1.7 (11)4.5载荷情况DLC1.8 (11)4.6载荷情况DLC6.1 (11)风力发电机组气动特性分析与载荷计算1 前言风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。
特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。
风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化（侧偏风）和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。
对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。
2 风轮气动载荷目前计算风力发电机的气动载荷有动量—叶素理论、CFD 等方法。
动量—叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的拉力和功率。
动量—叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。
风力发电装置的气动特性分析与优化风力发电是利用风能将其转化为电能的一种可再生能源。
随着环境意识的增强和对传统能源的依赖减少，风力发电正成为越来越受关注的领域。
而风力发电装置的气动特性分析与优化是保证风力发电效率的关键。
首先，让我们来了解一下风力发电装置的基本原理。
风力发电装置由风轮、轴承、齿轮箱、发电机和塔架组成。
当风吹过风轮时，风轮叶片会转动，带动发电机的转子转动，进而产生电能。
而风力发电装置的气动特性对其转动效率具有重要影响。
在风力发电装置的气动特性中，叶片的设计和 aerodynamics(空气动力学)非常重要。
叶片的长度、形状和材料都会影响空气对其施加的力。
比如，较长的叶片可以捕捉更多的风能，但同时也会增加风阻。
因此，在设计阶段就需要权衡叶片长度和形状，以实现最佳气动性能。
另外一个重要的气动特性是阻力的控制。
在高速风的情况下，叶片所受的阻力会显著增加，从而降低风力发电装置的效率。
因此，降低叶片的阻力是提高风力发电效率的关键。
一种常见的优化方法是采用空气动力学计算模型，通过对不同形状和结构的叶片进行模拟和比较，找到最佳的参数组合。
此外，风力发电装置的气动特性还与风的速度和方向息息相关。
风速越大，风力发电装置所能捕获的风能就越多，从而提高发电效果。
因此，在设计风力发电装置时，需要考虑适当的位置和气象因素，以达到最佳效果。
然而，要充分了解风力发电装置的气动特性并进行优化，并不是一件容易的事。
它涉及到复杂的风场建模、CFD(计算流体力学)模拟、实验验证等多个方面。
必须采用多学科的方法来解决这些问题，包括工程力学、流体力学、数值模拟等。
为了更好地分析和优化风力发电装置的气动特性，有几个关键的研究方向值得关注。
首先是风力发电装置的叶片材料和结构研究，以降低阻力和提高转动效率。
其次是风场建模和风力预测的研究，以提高风力发电的可靠性和可预测性。
最后是气动特性测试与验证，确保模拟结果的准确性和可靠性。
总之，风力发电装置的气动特性分析与优化是提高风力发电效率和可靠性的关键。
风力发电的空气动力学原理剖析风力发电是一种利用自然风力来转化能源的发电方式。
它是一种清洁、可再生的能源，对环境友好，并且具有广阔的发展前景。
为了深入了解风力发电的原理，我们需要对其空气动力学原理进行剖析。
首先，风力发电的核心设备是风力发电机组，而其中最重要的部件是风力涡轮机。
风力涡轮机通常包括三个主要部分，即风轮、轴承和发电机。
风轮是最直接与风能接触的部分，其主要功能是接收风能，并将其转化为机械能。
轴承则用于支撑和旋转风轮，确保其能够在风力作用下转动。
而发电机则负责将机械能转化为电能。
风力涡轮机的工作原理可以通过两个主要的空气动力学原理来解释，即伯努利原理和牛顿第三定律。
首先，根据伯努利原理，当风通过风轮时，会在风轮的一侧产生一个低压区域，而在另一侧产生一个高压区域。
这是由于风轮的形状和旋转引起的。
根据伯努利原理，风的速度越高，其压力就越低。
因此，风轮受到的压力差将会产生一个向轴线方向的力，从而推动风轮旋转。
这样，风轮就将风能转化为机械能。
其次，根据牛顿第三定律，当风轮受到风的作用力时，它会产生一个等大反向的反作用力。
这意味着，风轮受到的力会使整个发电机组产生一个相反方向的力，从而推动整个发电机组朝向风的方向移动。
为了使整个发电机组保持稳定，通常会设置一个朝向风的机械装置，使其能够转向并调整风轮的角度，以确保与风的方向保持一致。
除了这两个主要的空气动力学原理外，还有一些其他因素也会影响风力发电的效率，例如风速、风向、风轮的形状和尺寸等。
风速是决定风力发电效果的重要因素之一，因为风速越高，风轮受到的风力就越大，转化的能量也就越多。
同时，风向也会影响风轮的受力情况，因为只有朝向风的风轮才能最大程度地接收风能。
总的来说，风力发电是一种利用风能来转化为机械能再转化为电能的发电方式。
它借助空气动力学原理，通过风轮的旋转和风力的作用，将风能转化为机械能。
随着技术的不断发展和进步，风力发电将会扮演越来越重要的角色，为解决能源问题和保护环境做出更大的贡献。
