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叶片的几何形状与空气动力特性.ppt

来源：花匠小妙招时间：2025-05-22 05:27

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1、第二节第二节叶片的几何形状与空气动力特性叶片的几何形状与空气动力特性内容简介内容简介1、了解叶片结构和几何参数；2、掌握不同叶片数风力机的优缺点。风轮叶片风轮叶片风轮叶片结构风轮叶片结构风力机叶片实质是从叶根到叶尖径向位置上不同翼型安照不同扭角和弦长分布组成。气流绕风轮叶片的流动比较复杂, 是一个空间的三元流动。当叶片长度与其翼型弦长之比(展弦比) 较大时, 可以忽略气流的展向流动，而把气流绕叶片的流动简化为绕许多段叶片元(即叶素叶素) 的流动, 叶素之间互相没有干涉。叶片的二维假设叶片的二维假设翼型结构翼型结构一、翼型的几何参数一、翼型的几何参数通常翼型几何外形由下列参数决定： 1

2、、翼型前缘A：翼型的前部A为圆头； 2、翼型后缘B：翼型的尾部B为尖型； 3、翼型弦线C：翼型前缘与后缘的连线称为翼型弦线弦线长度就是翼型的弦长C，弦长C是翼型的特征尺寸； 4、中弧线：翼型内切圆圆心的连线称为翼型的中弧线，对称的翼型中弧线与翼弦重合； 5、翼型攻角：在翼型平面上，把来流 V 与弦线 C 之间的夹角定义翼型的攻角，又称为迎角。翼型的受力示意图翼型的受力示意图二、风轮空气动力特性二、风轮空气动力特性水平轴风力机气动分析及计算理论是在风力机的空气动力学气动性能计算的基础上进行的，它在很多方面借鉴了螺旋桨理论，只不过两者的能量转换过程是相反的。前者从空气流体中提取能量，然后转化

3、成机械能；后者是输入机械能迫使空气流动形成气动拉力。水平轴风力机无论是过去还是现在都是最流行、采用最广泛的。从儿童可以制作的玩具小风车，到单机容量几千千瓦的大型商业风力发电机组，水平轴风力发电机种类繁多。而为了设计出效率高、运行可靠的风力机，必须解决以下两个问题。（1）首先是确定风轮的基本几何尺寸与特征参数，如叶片数、风轮直径、叶尖速比；确定叶片的空气动力参数，如翼型、各叶素弦长、各叶素安装角、叶片外形等。（2）确定叶片与风力机所受的力，也变按照强度、刚度要求设计叶片结构和叶轮。叶片的外形设计一个叶片的外形设计包括：叶片数z、确定风轮直径D、叶片各剖面的弦长L、叶片的安装角，

4、以及选取各剖面的翼型。叶片的主要性能参数：额定功率：1000 W 额定风速：10 m/s 起动风速：4 m/s机电效率： 0.81 抗最大风速：54 m/s公称电压：DC 24/48 最大系统效率：32噪声：70 dB（A）工作温度：-40+60 风力机风轮的基本几何尺寸与特性参数取决于它的使用目的和当地年平均风能密度。如发电用高叶尖速比、提水用低叶尖速比。1 1、叶片数、叶片数z z的确定的确定依据风力发电机组的使用目的和当地风能情况决定水平轴风力机采用高速风轮还是低速风轮之后，叶片数z自然也就确定了，如表1所示。表表1 1 尖速比与叶片数的关系尖速比与叶片数的关系尖速比叶片数风机类型

5、12620412 低速343835中速588152412高速目前用于风力发电的风力机一般属于高速风力机，叶片数较少，一般取23。叶片数少的风力机在高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且启动风速较高，适用于发电。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能利用系数，也要考虑起动性能，总之要达到最多的发电量为目标。（1）单叶片风轮（）单叶片风轮（c图）图）优点：机组费用低；缺点：需要增加配重和空气动力平衡措施。abc（2 2）双叶片风轮（）双叶片风轮（b b图）图）优点：实度小，转速高；缺点：需要解决结构载荷问题，费用反而高，需要柔性轮毂。（3 3）三叶片风轮（）三叶片风轮（a

6、a图）图）优点：效率比单叶片和两叶片稍高，受力平衡好，轮毂简单；缺点：风轮重，费用高。这个问题很简单的。为什么用三片，这因为三片叶有较好的动平衡。不易产生振荡。减少轴承的磨损。降低维修成本。为什么风力机多为三个叶片的？为什么风力机多为三个叶片的？这个问题很简单的。因为三个叶片有较好的动平衡（运行和输出功率较为平稳）；不易产生振荡；减少轴承的磨损；降低维修成本。图4 D 对于5的大型高速风力机选叶片数（1、2、3）需要考虑四个原则： 1）提高转速n就要减少叶片数z可减小齿轮箱的变速比，降低成本 2）减少风轮成本就要减少叶片数 3）叶片叶素的弦长L与叶片数z成反比，应综合把握这两个参数的尺度 4）风轮转动质量的动平衡，振动问题控制的难易程度，风轮运转噪声的大小。2、风轮直径的确定风轮直径的确定在功率P和风力机前风速V1已知的条件下，选定叶尖速比并预估在此下的Cp值式中：p风力机输出功率；cp风能利用系数；空气密度：v1设计风速(风轮中心高度位置处)。传动链 1x发电机效率2(此效率值根据传动系统和发电机系统的不同而不同，初步设计时常选取081左右) ；213314121Dvcpp32118PvCDP1、风轮叶片的结构是怎样的？2、不同叶片数的风力机的优缺点各是什么？