风机叶轮空气动力学.32页PPT

§1 泵与风机的叶轮理论
本章要点
叶轮理论 速度三角形 能量方程
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§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理 二、流体叶轮中的运动及速度三角形 三、能量方程及其分析 四、离心式叶轮叶片型式的分析 五、有限叶片叶轮中流体的运动 六、滑移系数和环流系数
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§1 泵与风机的叶轮理论
A=πDb-Zσb Ψ=1-Zσ/πD
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二、流体在叶轮中的运动及速度三角形
3．速度三角形的计算
（3）2及 1角： 当叶片无限多时，2=2a ；而2a 在设计时可根据经验选取。 同样1 也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。
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§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理 二、流体叶轮中的运动及速度三角形 三、能量方程及其分析 四、离心式叶轮叶片型式的分析 五、有限叶片叶轮中流体的运动 六、滑移系数和环流系数
表1-1
一些叶片形式和出口安装角的大致范围
叶片形式
出口安装角范围
叶片形式
出口安装角范围
强后向叶片（水泵型） 后向圆弧叶片 后向直叶片 后向翼型叶片
20~30 30~60 40~60 40~60
径向出口叶片 径向直叶片 前向叶片 强前向叶片（多翼叶）
90 90 118~150 150~175
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K2=qVT2l2=qVT2r2cos2，K1=qVT1l1=qVT1r1cos1
作用在控制体内流体上的外力有质量力和表面力。其对 转轴的力矩M由假设可知：该力矩只有转轴通过叶片传给流体 的力矩。则
M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)

介绍风力机的不同分类及其发展过程。
二、空气动力学理论
1
风力机的升力和阻力
2
探讨风力机叶片是如何产生升力和阻
力的。
3
风力机的效率和功率公式
4
讨论风力机的效率和如何计算出风力 机的功率。
风力机的叶片表面压力分布
讲解风力机叶片表面压力如何随风速 变化。
风力机的气动力矩
介绍风力机在转动过程中所受到的气 动力矩。
风力机的多目标优化设 计方法
介绍风力机优化设计中常用的 多目标优化方法。
风力机的材料和制造工艺
讲解风力机材料的选择和制造 工艺的重要性。
五、未来发展方向
1 未来风力机的设计和发展趋势
探讨风力机在未来可能的设计和发展方向。
2 风力发电在新能源领域中的地位和前景
介绍风力发电在新能源领域中的重要性和潜在前景。
3 风力机的可持续发展和环境影响问题
讨论风力机的可持续发展性和对环境的影响问题。
六、总结
风力机空气动力学 知识的重要性和应 用
总结风力机空气动力学知识 在实际应用中的重要性。
风力机的未来发展 和挑战
讨论风力机在未来可能面临 的发展和挑战。
风力机行业的职业 发展和就业前景
探讨从事风力机行业的职业 发展和就业前景。
《风力机空气动力学》 PPT课件
这是一份关于风力机空气动力学的课件，介绍了风力机的工作原理、空气动 力学理论、风洞实验、优化设计以及未来发展方向等内容。
一、介绍
什么是风力机空气动力学
解释风力机空气动力学的定义和重要性。
风力机的基本结构和工作原理
描述风力机的基本构成和如何转换风能为电能。
风力机的分类和发展历程
三、风力机风洞实验

前言
• 风力发电的原理是利用风力带动风机叶轮旋转 （风能转换成机械能），再通过传动轴驱动发电 机产生电能（机械能转换成电能）。因此，风机 叶轮效率的高低直接影响了发电系统产生电能的 多寡。 • 本次课程将对风机叶轮系统涉及的主要空气动力 学理论和技术作一简单介绍，以供参考。 一、 影响风机性能的重要几何参数 二、风机叶片性能分析技术 三、风机叶片上的流场控制装置
它充分考虑了尾迹对自身的作用和叶片与尾迹之间的相互干扰因此它是一种更准确且物理上正确的方法涡流理论风机叶片上的流场控制装置涡流发生器涡流发生器通常安装在叶片的吸力面距离前缘1530弦长处借由延缓分离流的发生而提高最大升力但同时也使得阻力增加
叶轮空气 动力简介
朱雨 2008.02
新疆金风科技股份有限公司
翼型的气动特性
• 边界层的影响 翼型的气动特性和翼型表面的边界层密切相 关。在低雷诺数下，翼型表面从层流边界发展为 完全分离和失速；在中雷诺数下，翼型表面从层 流边界层经过分离气泡，再附着发展为湍流边界 层；在高雷诺数下，翼型表面从层流边界经过转 捩发展为湍流边界层。 不同的边界层发展情况对翼型的气动特性，特 别是阻力特性有较大的影响。尤为显著。
CFD方法
涡流理论
• 涡流理论在广义上，包括两个问题： 内部问题：通过叶片模型对叶片涡系的分析； 外部问题：通过尾迹模型对叶轮尾迹的分析。 • 外部问题一直是涡流理论的关注重点。其关键就 在于叶轮尾迹模型的选取。一般地，叶轮尾迹模 型可归纳为： 固定尾迹模型 预定尾迹模型 自由尾迹模型
涡流理论
风机叶轮性能分析技术
尽管作了准二维的假设，但是通过对叶素迎角 的修正，叶素理论考虑了旋翼的非均匀诱导入流 的三维效应。换言之，旋翼诱导速度不再假定是 均匀分布的；从而，能更真实地反映诱导速度沿 半径和方位角的变化。

V V1 (1 a) V2 V1 (1 2a)
风轮尾流处的轴向诱导速度是风 轮处的二倍。 1 V2 ∴ a 2 2V1 如果风轮吸收风的全部能量，即
而实际情况下，风轮仅能吸收部 分能量，因此 a 1/ 2 。
T
1 AV12 4a1 a 2
V2 0
风能专业课程《风力机空气动力学》源自12§8-1：基础理论
与前面比较，本节考虑风轮尾流的旋转。 气流在风轮上产生转矩时，也受到风轮的反作用力，由此气流产生了 一个反向的角速度，使尾流以相反的方向转动。
即、由于流体的粘性，激盘诱导了流动的旋转，导致激盘诱导的速 度沿激盘径向不是常数，或诱导因子a是变化的。同时，由于激盘的 转动，还会对流体产生周向的诱导速度,以及转动力矩，。
如果在风轮处气流的角速度和风轮的角速度相比是个小量的话， 那么一维动量方程仍可应用，仍假设风轮前后远方的气流静压相等。
取控制体如图
风能专业课程《风力机空气动力学》 13
§8-1：基础理论
应用动量方程，作用在风轮平 面圆环上的轴向力（推力）为
：单位时间流经风轮平面 dr dm
圆环上的空气质量流量,即
amax 1/ 2
风轮轴向力（推力）系 数 CT ，则 T CT 1 AV12 2 ∴ CT 4a1 a
风能专业课程《风力机空气动力学》
6
§8-1：基础理论
根据能量方程，风轮吸收的能 量（风轮轴功率P）等于风轮前后 气流动能之差（据假设流动前后静 压不变)
P 1 1 V12 V22 AV V12 V22 m 2 2
风能专业课程《风力机空气动力学》
18
§8-1：基础理论
尖速比越大，理论最大功率系数越大 当考虑风轮后尾流旋转时，风轮轴功率有 损失，风轮功率系数要减小 。 在轮毂附近，a就接近其理想值1/3 在转子中叶高以上，b接近于0。

Thank you
Hale Waihona Puke 风机叶轮空气动力学讲义46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿

06
CHAPTER
风机的未来发展与趋势
新材料的应用
轻质材料
采用轻质材料如碳纤维复 合材料，降低风机重量， 提高运输和安装效率。
高强度材料
利用高强度钢材和合金材 料，提高风机的结构强度 和稳定性，延长使用寿命 。
耐磨材料
在关键摩擦部位使用耐磨 材料，提高风机的可靠性 和耐久性。
新技术的应用
直驱式技术
04
CHAPTER
风机的选型与设计
根据实际需求选择风机类型
总结词
根据实际应用场景和需求，选择合适 的风机类型，如离心式、轴流式、罗 茨式等。
详细描述
在选择风机类型时，需要考虑风机的 流量、压力、转速、功率等参数，以 及风机的噪音、振动、可靠性等性能 指标，同时还需要考虑风机的维护和 运行成本。
根据工艺参数确定性能参数
燃烧供风是风机在工业炉窑、锅炉等燃烧设备中的应用， 主要用于提供燃烧所需的空气。
要点二
详细描述
在燃烧过程中，风机能够提供足够的空气量，保证燃料充 分燃烧并减少污染物排放。同时，通过调节风机的风量， 还可以控制燃烧温度和火焰形状等参数，提高燃烧效率并 减少能源浪费。
03
CHAPTER
风机的性能参数
压力
总结词
根据实际工艺流程和参数，确定 风机的性能参数，如流量、压力 、功率等。
详细描述
在确定风机性能参数时，需要考 虑工艺流程中的气体成分、温度 、湿度、压力等参数，以及风机 的效率和可靠性等性能指标。
根据运行环境考虑特殊要求
总结词
根据风机的运行环境，考虑特殊要求 ，如防爆、防腐、防尘等。
详细描述
在选择风机时，需要考虑风机的运行 环境，如温度、湿度、压力、气体成 分等，以及风机的安全性和可靠性等 性能指标。

风力发电机空气动力学基础知 识
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风力机空气动力学基础知识
Wind Turbine Basics
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风力和阻力
什么叫风？
风就是流动的空气，一块薄平板放 在流动的空气中会受到气流对它的 作用力，我们把这个力分解为阻力 与升力。
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体压强比下方小，翼片就受到向上的升力FL
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翼型的升力与阻力
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翼型的升力与阻力
翼型的弦线与来流方向的夹角称为攻角或迎角。 当攻角增大时，翼型受到的升力会增大，有攻角的 翼型能受到较大的升力，在来流不变时翼型受到的 升力随攻角的增大而增大，阻力虽有增加但很小， 与升力相比可忽略不计。 下图是攻角为12度时的气流与升力图。
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翼型的升力与阻力
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翼型的升力与阻力
民航飞机机翼的截面是常用的翼型，能产生较大的 升力，且对气流的阻力很小，常用的飞机翼型上表 面弯曲，下表面平直，是有弯度翼型（不对称翼型 ），见图，即使叶片弦线与气流方向平行也会有升 力产生，这是因为绕过翼型上方的气流速度比下方 气流快许多，跟据流体力学的伯努利原理，上方气
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风力和阻力
平板与气流方向的夹角称为攻角，当攻角较小时，平板受到的阻力 FD较小；此时平板受到的作用力主要是升力FL
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内容总结
风力发电机空气动力学基础知识。风就是流动的空气，一块薄平板放在流 动的空气中会受到气流对它的作用力，我们把这个力分解为阻力与升力。一 般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功 率，阻力型风力机就是利用叶片受的阻力工作的。平板与气流方向的夹角称 为攻角，当攻角较小时，平板受到的阻力FD较小。飞机、风筝能够升到空中 就是依靠升力，升力型风力机就是靠叶片受到的升力工作的

随着材料科学和制造技术 的进步，风力机的尺寸和 功率逐渐增大，以提高能 源产出效率。
智能化趋势
通过引入传感器和智能化 控制算法，实现风力机的 自适应调节和远程监控， 提高运行效率和安全性。
海上风电发展
海上风能资源丰富，且具 有较高的开发价值，未来 海上风电将成为风能开发 的重要方向。
风力机市场前景展望
数值模拟
利用计算机软件模拟风力机的运行，预测其气动性能。
03
风力机气动性能分析
风能转换效率分析
风能转换效率定义
提高风能转换效率的方法
风能转换效率是指风能转换为机械能 的效率，是衡量风力机性能的重要指 标。
通过优化风力机设计、提高转速、选 择合适的翼型等方式可以提高风能转 换效率。
风能转换效率影响因素
风力机技术发展历程
从最早的简易风车到现代的大型风力发电机，风力机技术经历了漫长的
发展过程。
02
当前主流风力机类型
水平轴风力机和垂直轴风力机是当前主流的风力机类型，各有其优缺点
和应用场景。
03
风能利用效率
随着技术的不断进步，现代风力机的风能利用效率已经得到了显著提高
。
风力机技术发展趋势
01
02
03
大型化趋势
噪声。
风力机气动稳定性分析
风力机气动稳定性定义
风力机气动稳定性是指风力机在运行过程中抵抗外界干扰的能力 。
风力机气动稳定性影响因素
风力机气动稳定性受到多种因素的影响，包括气流速度、湍流强度 、叶片质量和设计等。
提高风力机气动稳定性方法
通过优化叶片设计、增加质量块等方式可以提高风力机气动稳定性 。
04
风力机的选址
为了获得最佳的风能利用效果，风 力机通常安装在风力资源丰富、地 势开阔的地方，如山顶、海边等。

二维空气动力学叶片细长，展向速度远小于流向速度；二维流动The reacting force F：作用力升力系数、阻力系数、力矩系数均是攻角α，雷诺数Re、马赫数M的函数升力L：垂直于来流；升力系数：在α达到一定值前，升力系数随攻角线性变化，斜率大约为2排/rad；失速后，升力系数以一个非常几何依赖性的方式下降；阻力D：平行于来流；阻力系数在小攻角时几乎是一个常数，但是在失速后迅速增大；对于阻力系数，当雷诺数达到一定值时，雷诺数对其的影响很小。

升力阻力方向力矩M：作用点1/4弦长处；力矩系数雷诺数的影响主要和翼型边界层发生层流到湍流转变的点有关；翼型的失速依赖于几何形状；薄翼型的前缘曲率大，比厚翼型更易发生失速。

如果分离发生在翼型后缘，并且随着攻角的增加变化缓慢，这是一个平缓的失速；但是如果分离开始于翼型的前缘，整个边界层可能随着升力的突然下降而同时发生分离。

粘性边界层的性质非常复杂，和翼型的曲率、雷诺数、表面粗糙度，高速时的马赫数都有关系。

层流翼型三维空气动力学定量的描述流体流管三维翼，展向升力分布对上游流动及当地迎角的影响；翼是有限长度，以翼型为截面，上下表面存在压力差从而产生升力的横梁；尾涡小攻角，无粘，Laplace方程、Kutta-Joukowski方程一个强度为的涡线代替翼型；小攻角时，3维翼产生的升力用一系列展向的涡线模拟（附着涡）；尾涡模拟三维翼产生的涡流层。

由Biot-Savart定律知，自由涡在任意展向诱导产生一个向下的速度分量W为诱导速度Multhopp’s solution of Prandtl’s integral equation在旋转的叶片失速后，科氏力及离心力边界层分离中起着重要的作用；在分离的边界层中，相对于离心力，速度和动力都比较小，离心力式流体沿展向流向叶尖；科氏力产生顺压力梯度使流向叶尖的流体向尾缘偏离；科氏力和离心力改变了失速后二维翼型的数据风力机后的涡系由于水平轴风力机有旋转的叶片组成，那么必然存在与线性平移翼相似的涡系。