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Chinese Journal of Turbomachinery Vol.66，2024,No.1Numerical Analysis of Influence of High Altitude on AxialFan Performance *Chao-qi WangMei JiangJun BaiXiu-ying ZhouYan-cheng GuHua Ji *(College of Water Conservancy and Civil Engineering,Tibet Agriculture and Animal Husbandry University)Abstract：The performance of axial fan is affected by the decrease of intensity of pressure and air density in the high altitude area.Take the NACA 65(1)-412axial fan as research object,the Q-p,q v -η,q v -N performance curves of different blade setting angles at high altitude 0km,1km,2km,3km,4km and 5km were calculated numerically.The influences of high altitudes on the performances were analyzed based on the flow fields and the curves.The results show that the efficiency of axial fans with the blade setting angle of 30°,40°and 50°decrease when the altitudes increase.Moreover,the performance of axial fan with blade setting angle of 30°is most affected by the altitude,whose efficiency at 0km is 43.2%higher than at 5.0km under the same working condition.The volume flow rates at the maximum efficiency points increase when the blade setting angles increase.The volume flow rate of axial fan with the blade setting angle of 60°is 76%higher than of the axial fan with blade setting angle of 30°.The fan with blade setting angle of 60°has the highest efficiency at 2.0km because the vortex near the wall at the outlet is the minimum and the back-flow at the outlet is weak.Keywords：High Altitudes;Axial Fan;Numerical Calculation;Performance Curve摘要：在高海拔地区，大气压强和空气密度降低，对轴流风机的性能产生影响。
1、画出风机塔筒受力图。
答：
2、画出风机叶片受力翼型剖面示意图，并说明所受各力代表意义。
答：
3、说明下图各画所代表的液压元件名称。
答：a代表双向变量泵 b代表单向变量泵 c代表压力继电器 d代表油箱 e代表精过滤器
4、试画出液控单向阀、直接控制溢流阀和减压阀的职能符号。
答：
5、简易画出风机偏航系统独立的液压工作原理图。
答：
6、画出可控硅整流器、和硅整流器的图形符号。
答：
7、简易画出风力发电机组控制装置的安全系统框图。
答：
8、画出风力发电机组控制和保护系统框图？
答：
9、如图所示典型的风电机组液压装置，标出各设备名称？
答：1一滤器；2一工油路进油；3一空气滤清器；4一粗滤嚣；5一油箱隔板；6-溢流阀；7-换向阀；8-执行机构；10-放抽塞；ll-回油
10、请画出用电压表测量单相交流电路中负载两端电压的电路图。
答：
11、请画出用电流表测量单相交流电路中负载电流的电路图。
答：
12、画出开关直接起动三相异步电动机控制回路原理接线图。
答：
13、根据所示电路，画出电压U ⋅
和电流I ⋅
的相量图。
答:
14、画出变压器Y,d11接线及相量图。
答：
接线图
相量图
15、画出三相变压器Y,d1接线组的相量图和接线图。
答：
16、请画出接地一般符号、故障、导线对地绝缘击穿、导线间绝缘击
穿、闪络击穿的符号。
答：。
轴流通风机翼型基础知识培训机翼型理论：飞机机翼的横截面（机翼的截面形状都为三角形）的形状使得从机翼上表面流过的空气速度大于从机翼下表面流过的空气速度。
这样机翼上表面所受空气的压力就小于机翼下表面所受空气压力。
这个压力差就是飞机的上升力，上下面的弧度不同造成它们产生的气压不同，所以产生了向上的升力。
工作原理：气体以一个攻角进入叶轮，在翼背（工作面）上产生一个升力，同时必定在翼腹（非工作面）上产生一个大小相等方向相反的作用力，使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。
与此同时，风机进口处由于差压的作用，使气体不断地吸入。
对动叶可调轴流式风机，攻角越大，翼背的周界越大，贝U升力越大，风机的压差就越大，而风量越小。
当攻角达到临界值时，气体将离开翼背的型线而发生涡流，导致风机压力大幅度下降而产生失速现象。
轴流式风机中的流体不受离心力的作用，所以由于离心力作用而升高的静压能为零，因而它所产生的能头远低于离心式风机。
故般适用于大流量低扬程的地方，属于高比转数范围J KM -I BX1CK I:：如Iif,/ ( m/s 卜第一章通风机中的伯努利原理和翼型升力第一节伯努利原理飞机机翼地翼剖面又叫做翼型，一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。
前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。
当气流迎面流过机翼时，流线分布情况如图2。
原来是一股气流，由于机翼地插入，被分成上下两股。
通过机翼后，在后缘又重合成一股。
由于机翼上表面拱起，是上方的那股气流的通道变窄。
根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。
图2-气流从机翼上下方流过的情况通风机叶片翼剖面又叫做翼型，一般翼型的前端（进气）圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。
前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。
叶片的空气动力学基础鹏芃在风力机基础知识一节中介绍过叶片的升力与阻力基本知识，本节将进一步介绍相关理论知识。
在风力础知识一节中已作介绍的不再重复，仅介绍有关内容的提高部分。
常用叶片的翼型下面是一幅常见翼型的几何参数图，该翼型的中弧线是一条向上弯曲的弧线，称这种翼型为不对称翼型弯度翼型。
当弯度等于0时，中弧线与弦线重合，称这种翼型为对称翼型，下图为一个对称翼型。
下图是一个性能较好的低阻翼型，是带弯度翼型，在水平轴风力机中应用较多。
带弯度翼型的升力与失速下面为一个低阻翼型的气流动力图，翼型弦线与气流方向的夹角（攻角）为α，正常运行时气流附着翼面流过，靠近翼型上方的气流速度比下面的气流速度快，根据流体力学的伯努利原理，翼型受到一个上力Fl，当然翼型也会受到气流的阻力Fd。
这是正常的工作状态，有较大的升力且阻力很小。
但翼型并不是在任何情况下都能产生大的升力。
如果α大到一定程度，气体将不再附着翼型表面流过，在翼型上方气流会发生分离，翼型前缘后方会产生涡致阻力急剧上升升力下降，这种情况称为失速。
见下图翼型什么时候开始失速，下面是这种翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变化曲线参考图，图中绿色的力曲线、棕色的是阻力曲线。
在曲线中可看出，攻角α在11度以下时升力随α增大而增大，当攻角α大度时进入失速状态，升力骤然下降，阻力大幅上升，在α等于45度时升力与阻力基本相等。
翼型开始失攻角α的值称为失速角。
大多数有弯度的薄翼型与该曲线所示特性相近。
在曲线图中看出翼型在攻角为0时依然有升力，这是因使攻角为0，翼型上方气流速度仍比下方快，故有升力，当攻角为一负值时，升力才为0，此时的攻角称升攻角或绝对零攻角。
翼型在失速前阻力是很小的，在近似计算中可忽略不计。
当攻角为0时，有弯度的翼型的压力中心在翼型的中部，随着攻角的增加（不大于失速角）压力中心向动到1/4弦长位置。
对称翼型的升力与失速对称翼型的升力与阻力等气动特性与有弯度翼型类似，但对称翼型在攻角为零时升力为零，因为此时翼面与下面气流速度相同。
叶片的空气动力学基础在风力机基础知识一节中介绍过叶片的升力与阻力基本知识，本节将进一步介绍相关理论知识。
在风力机基础知识一节中已作介绍的不再重复，仅介绍有关内容的提高部分。
常用叶片的翼型由于平板叶片攻角略大就易产生气流分离，阻力增大；平板的强度也很低，所以正式的叶片截面都是流线型的，即使有一定厚度阻力也很小。
图1是一幅常见翼型的几何参数图，该翼型的中弧线是一条向上弯曲的弧线，称这种翼型为不对称翼型或带弯度翼型,比较典型的带弯度翼型为美国的NACA4412。
图1--翼型的几何参数当弯度等于0时，中弧线与弦线重合，称这种翼型为对称翼型，图2是一个对称翼型,比较典型的对称翼型为美国的NACA0012。
图2--对称翼型的几何参数图3是一个性能较好的适合风力机的低阻翼型，是带弯度翼型，在水平轴风力机中应用较多。
图3--带弯度的低阻翼型翼型的升力原理有关翼型的升力原理解释有多种，归纳起来主要依据是基于牛顿定律的气流偏转产生反作用力与基于伯努利原理的气流速度不同产生压差两个原理，我们结合这两个原理对翼型的升力作通俗的解释。
带弯度翼型在攻角为0度时的升力与阻力图4是一个带弯度翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图，左图是该翼型的流线图，由于翼型上下面不对称，气流在上下面的流动状态也不同。
翼型上表面是凸起的，通道截面减小，气流的流速会加快，另一个原因是凸起的表面使翼型后面的气压有所减小，前后的压差使得气流速度加快，特别是翼型上表面前端流速较快。
翼型下表面较平，多数气流基本是平稳流过，由于由于上表面前端高速气流产生低压的吸引，翼型前端气流都向上表面流去，造成靠下表面的气流通道加宽，导致靠近下表面的气流速度有所下降。
这样流过上表面的气流速度要比下表面快，根据伯努利原理，流速快的地方压力比流速慢的地方压力小，也就是说翼型下方压力大于上方，压力差使翼型获得一个向上的力Fl，所以说带弯度翼型在攻角为0度时也会有升力。
图4--翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图图4右图是该翼型的压力分布图，图中翼型上部分浅绿色区域内的绿色箭头线是上表面的压力分布，箭头线的长短与方向表示该点的压力值大小与方向，当压力与周围气压相同时值为0，比周围气压低是负值，比周围气压高是正值。
风力机叶片及翼型变形分析随着全球环保意识日益增强，风能逐渐成为了一种受到广泛关注和应用的可再生能源。
风力发电厂也随之崛起，而风力机叶片是风力机中最为重要的部分之一，对其性能的影响至关重要。
因此，对风力机叶片的变形进行分析，可以更好地优化风力机的结构，并提高其效率和稳定性。
风力机的叶片结构风力机叶片通常采用第三代叶型设计，即基于翼型理论的设计，采用气动外形优化方法。
这种方法的特点是将叶片表面设计为具有最佳气动性能的几何形状，以达到最佳流体动力性能。
并且，在其上采用二次或三次螺旋线上每个点的翼型截面，来构建一个光滑的外形。
经过数值分析，在确定翼型后，将其分别应用于叶片的不同纵向位置，使得整个叶片都能够获得最佳气动性能。
然而，在实际应用中，由于风力机叶片受到风载、旋转运动等多种复杂外力的影响，其结构会发生形变。
因此，精确地分析风力机叶片的变形非常重要。
风力机叶片的变形分析方法为了更好地分析风力机叶片的变形，可以采用有限元分析方法。
其主要过程是将叶片分割成许多小单元，然后在每个单元内计算叶片中的应力和应变。
在经过大量数据分析后，可以得到每个单元的变形情况，从而推断出整个叶片的变形情况。
由于风力机叶片通常采用化合物材料和纤维增强材料，其力学性能非常复杂。
因此，在进行有限元分析时，需要考虑到叶片中各种材料的弹性模量、泊松比、应力应变等特性，并通过数值模拟等手段进行外载荷计算和叶盘内流场等环境因素的影响情况。
针对这些因素，在进行叶片变形分析时，需要采用非线性有限元分析方法，使得叶片的变形分析更为精确。
一般来说，非线性有限元分析方法适用于非线性问题，并通常涉及大量非线性因素，例如材料的非线性、几何非线性等。
在使用非线性有限元分析方法时，可以通过模拟叶片和环境中各种因素的交互作用，得到更为准确和可靠的分析结果。
风力机叶片变形分析的翼型优化通过分析风力机叶片的变形，可以找到一些优化的方案，从而提高风力机的性能。
例如，针对由叶片变形引起的损失，可以在设计过程中增加一些加强措施来避免叶片的弯曲和扭曲。
1.说明下图所示图形符号所代表的液压元件名称。
答：（a）双向定量泵（b）单向变量泵（c）压力继电器（d）油箱（e）精过滤器2.请说出下列元器件的名称。
答：接触器、整流桥、浪涌保护器3.试画出一个典型的变桨距风力风力发电机组的功率输出曲线。
答：4.请绘出风力发电机组偏航系统控制原理框图。
答：5.下图是在亚同步运行模式下能量流程图，请用箭头标出能量走向？答：6.试画出叶片翼型剖面受力图，并加以说明。
答：其中：F：气动力；Fd：平行于来流的阻力分量；Fl：垂直于来流的升力ａ0：迎角；v：风速。
7.试画出风力机塔筒（架）的受力简图。
8.请画出某1.5MW 风电机系统接线图。
（要求但不少于风轮、发电机、变频器、风电机主开关、升压变压器、电网等符号）答：9. 根据下图简要说明风电机组变桨距控制原理？答：变桨距风轮的叶片在静止时节距角为90 度，气流对桨叶不产生转距，当测量风速在10min 内平均达到启动风速时，桨叶向0 度方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角（45 度左右），风轮开始启动。
并网前变桨距系统的节距给定值由发电机转速信号控制，转速控制器按一定的速度上升斜率给定速度值，调整节距角，调整发电机转速在同步转速附近以寻找最佳时机并网。
10. 下图为风电机变桨系统，写出箭头所指部分的名称，并简述变桨系统的功能和制动原理。
答：变桨功能：从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风力发电机的功率控制。
制动原理：理论上三个叶片中的一个动作转动到顺桨位置，就可以实现气动刹车，可以安全的使风力发电机停机。
变桨系统采用了独立同步的三套控制系统。
具有很高的可靠性。
11. 下图为风电机偏航系统，请标出箭头所指部分的名称，并简述偏航系统的功能。
答：偏航系统的功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。
12.下图为发电机联轴器示意图，请标出箭头所指部分的名称，并简述钢性联轴器和弹性联轴器在主传动系统当中应用在什么部位？两者的主要区别是什么？钢性联轴器用于低速轴上。
风机叶片的剖面翼型反设计优化技术
南向谊;刘波;王掩刚
【期刊名称】《风机技术》
【年(卷),期】2005(000)004
【摘要】使用反方法进行风机叶片的翼型设计,采用了一种非线性优化速度分布的方法,分别针对吸、压力面的初始速度分布采用不同的优化手段,可以有效地调节翼型的厚度.并且在设计中可以自由给定攻角、落后角,通过速度分布的优化得到符合工程应用要求的风机叶片的翼型.并依据探索出的速度分布优化准则,设计出了三种风机叶片的翼型.
【总页数】6页(P13-18)
【作者】南向谊;刘波;王掩刚
【作者单位】西北工业大学,西安市,710072;西北工业大学,西安市,710072;西北工业大学,西安市,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TH432.1
【相关文献】
1.遗传算法结合反设计的翼型优化设计研究 [J], 詹浩;朱军;白俊强;高正红
2.基于翼型剖面重心调节的风机叶片优化设计 [J], 汪强;张元明
3.基于目标压力分布优化的翼型反设计方法研究 [J], 李焦赞;高正红;詹浩
4.遗传算法结合反设计的高升力翼型优化设计 [J], 赵智明;李杰
5.翼型的气动最优化设计方法和反设计方法 [J], 阎超;谢磊;李云晓;赵小虎
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