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1、风力发电技术(Wind Turbine Power Technology)课程代码：02410083学分：2学时：32（其中：课堂教学学时：28 实验学时：4 ）先修课程：工程流体力学适用专业：新能源科学与工程教材：风力发电技术，主编：廖明夫 R.Gaschx J.Twele,西北工业大学出版 社，2009年第1版一、课程性质与课程目标（-）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）本课程是新能源科学与工程专业开设的专业选修课。通过对该课程的学习，使学生掌握风能的 利用方法，能够从事于风力机及系统的设计及选型、维修与保养。使学生有较强的分析问题能力， 同时，培养学生理论与实践相结合的能力。（二
2、）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力 目标。）通过本课程的理论教学和实际训练，使学生具备以下能力：1. 了解风能利用和风电技术的开展现状，了解风能利用的意义。使学生具备较强的社会责任感。2. 了解风能利用的历史。使学生了解与本专业相关的职业和行业的生产、设计、研究与开发、环境 保护和可持续开展等方面的方针、政策和法律、法规，能正确认识工程对于客观世界和社会的影响； 3.掌握风力机的基本原理，理解测风、风力机结构、发电机和控制等方面的知识。4 .理解不同方案设计风力机的结构，为风力机整体方案设计和结构设计提供参考。5 . 了解测风及风场评估。6 .掌握B
3、ets和Schmitz的风机设计理论。7 . 了解风力机偏载特征。第五章44讲授法、讨论法第六章628讲授法、演示法第七章44研究型教法、讨论法第八章628讲授法、演示法第九章22研究型教法、讨论法第十章22讲授法、讨论法合计4145注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2 .主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、工程、案例 等教学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重备注课堂表现认真准备并主动与老师互动10%平时作业10次20%期末考试闭卷70%注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。3 .考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试
4、、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、工程设计和作品等。4 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、工程设计要求等。5 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）风力发电机组原理与应用（第3版），主编：姚兴佳，机械工业出版社，2016风力发电系统的设计运行与维护（第2版），叶杭冶，电子工业出版社，2014七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1、本课程的实验要求见风力发电技术实验教学大纲。2、本课程以传统讲授法和多媒体教学相结合。3、课后布置23条作业，另外布置一些思考题供学生理解教学内容
5、。2017年9月2 日8. 理解风力机型放大的相似准那么。9. 了解风力机的结构动力学。10. 了解风力发电机组设计和验证的标准与规范。11. 了解风力发电机组的电学基础。12. 了解风力发电机组的控制与运行。注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准;（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1m-n1.毕业要求1-1:2.毕业要求注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入也可标注“H、M、L”。课程目标毕业要求指标课程目标1课程目标2毕业要求1-1二、课程内容与教学要求（按章撰写）第一章
6、（一）课程内容.风电的开展。1 .能源与电力的需求。2 .政府的能源政策。3 .技术开展。（二）教学要求L 了解风能利用历史和风电技术的开展现状。2 .了解世界及中国的能源与电力需求。3 .理解我国政府的能源政策。4 .了解风能利用的技术开展。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）重点难点1 ,了解世界及中国的能源与电力需求。2 .理解我国政府的能源政策。第二章（一）课程内容1 .竖轴风机。2 .水平轴风机。（二）教学要求.了解竖轴风机和水平轴风机的利用历史。1 .掌握竖轴风机和水平轴风机区分方法。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）重点难点掌握区分竖
7、轴风机和水平轴风机。第三章（一）课程内容主要知识点：1 .风功率P理解为一定时间内流过流面的空气质量所具有的动能。2 .阻力风机驱动原理及其功率。3 .升力风机驱动原理。4 .阻力风机与升力风机的比拟。（二）教学要求.理解风功率概念。1 .掌握阻力风机与升力风机的原理。2 .理解升力风机比阻力风机的风能利用率高。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）重点难点1 .风功率概念。2 .理解升力风机为什么比阻力风机的风能利用率高。第四章（-）课程内容1 .风力发电机的结构。2 ,几种不同类型风机的特征。3 .传动系统。4 .辅助结构和特殊装置。5 .塔架和地基。6 .制造和装配。
8、7 .风机的数据。（二）教学要求.掌握风力发电机的结构。1 .了解不同类型风机的特征。2 ,了解不同风机的传动系统，比拟圆柱齿轮和行星齿轮的异同。3 .理解偏航系统、冷却和供暖、雷击保护、起重机以及传感器所起的作用。4 .了解塔架和地基的选择。5 .了解制造和装配以及风机的数据所起的作用。.（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）1.重点（1）风力发电机的结构。（2）不同类型风机的特征（3）不同风机的传动系统，比拟圆柱齿轮和行星齿轮的异同。（4）偏航系统、冷却和供暖、雷击保护、起重机以及传感器所起的作用。2,难点（1）不同风机的传动系统，比拟圆柱齿轮和行星齿轮的异同。（2）理
9、解偏航系统、冷却和供暖、雷击保护、起重机以及传感器所起的作用。第五章（-）课程内容1 .风的形成成因。2 .大气边界层。3 .风功率、能量以及载荷的评估计算。4 .测风。（二）教学要求1,了解各种风的形成成因。5 .理解大气边界层。6 .掌握风功率、能量以及载荷的评估计算方法。7 .了解测风的方法。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）重点难点掌握风功率、能量以及载荷的评估计算方法。第八章（-）课程内容1 .风含功率及Froude-Rankin定理。2 .翼型理论，升力与阻力；气体在旋翼的流动及旋翼上的气动力。3 . Betz最正确设计以及各种损失。4 .考虑出风旋转时的S
10、chmitz设计及旋转损失。5 .叶片设计中要考虑的各种要素，论证Betz理论和Schmitz理论的一致性。（二）教学要求.掌握风含功率，并会运用Betz理论计算最大风含功率。1 .了解翼型理论和气体在旋翼的流动及旋翼上的气动力。2 .掌握Betz最正确设计以及各种损失。3 .掌握考虑出风旋转时的Schmitz设计及旋转损失。4 . 了解叶片设计中要考虑的各种要素，理解Betz理论和Schmitz理论的一致性。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）L重点（1）最大风含功率计算。（2）翼型理论和旋翼上的气动力。（3） Betz理论和Schmitz理论适用条件。2,难点（1）计
11、算最大风含功率。（2）翼型理论和旋翼上的气动力。（3）证明Betz理论和Schmitz理论的一致性。第七章（一）课程内容1 .性能计算方法。2 .特性曲线的无量纲描述。3 .快速风力机的特性曲线。4 .风力机的特性场。5 .快速风机的变桨特性（迎风变桨）。6 .扩展算法，对迭代算法进行改进。7 .叶片基元法的局限和三维计算方法。（二）教学要求.掌握性能计算方法，分别运用叶型理论和动量定理推导出升力表达式。1 .理解特性曲线的无量纲描述和快速风力机的特性曲线。2 .了解风力机的特性场。3 .掌握快速风机的变桨特性（迎风变桨）。4 .理解扩展算法，对迭代算法进行改进。5 .了解叶片基元法的局限和三
12、维计算方法。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点（1）计算叶尖速比不同于设计叶尖速比时的叶片气动负载和风力机的功率。（2）快速风机的变桨特性（迎风变桨）。（3）对迭代算法进行改进的扩展算法。（4）叶片基元法的局限和三维计算方法。1 .难点（1）分别运用叶型理论和动量定理推导出升力表达式。（2）对迭代算法进行改进的扩展算法。第八章(一)课程内容1 .相似原理及相似理论的应用。2 .弯曲应力和拉伸应力。3 .离心力在叶根产生的拉伸应力和重力在叶根产生的弯曲应力。4 ,叶片自振频率和频率比的变化。5 .气动阻尼。6 .发电机的放大原那么以及放大原那么在直驱风机发电机上的应
13、用。7 .传动系统放大后的扭转振动和风机的放大边界。(二)教学要求.掌握相似理论在风机上的应用，了解相似准那么(1) (2) (3).1 .掌握弯曲应力、离心力在叶根产生的拉伸应力和重力在叶根产生的弯曲应力的计算。2 .掌握叶片自振频率和频率比的变化。3 .了解气动阻尼。4 .理解发电机的放大原那么以及放大原那么在直驱风机发电机上的应用。5 .了解传动系统放大后的扭转振动和风机的放大边界。(三)重点与难点(假设不单独列出，需在教学要求中适当注明).重点(1)掌握相似理论在风机上的应用，了解相似准那么(1)(2) (3).(2)掌握弯曲应力、离心力在叶根产生的拉伸应力和重力在叶根产生的弯曲应力的
14、计算。(3)掌握叶片自振频率和频率比的变化。(4)理解发电机的放大原那么以及放大原那么在直驱风机发电机上的应用。1 .难点(1)掌握弯曲应力、离心力在叶根产生的拉伸应力和重力在叶根产生的弯曲应力的计算。(2)掌握叶片自振频率和频率比的变化。第九章(一)课程内容1 .激振源。2 .风力机的自由振动和受迫振动。3 .整机动力学仿真及实验验证。（二）教学要求1 .了解激振源包括质量惯性力、重力、气流激振力、水流激振力和机动和干扰产生的瞬间激扰。2 .掌握风力机的自由振动和受迫振动。3 .理解整机动力学仿真及实验验证。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）1.重点（1）风力机的自由
15、振动和受迫振动。（2）整机动力学仿真及实验验证。2,难点整机动力学仿真及实验验证。第十章（-）课程内容1 .风力机认证标准。2 .验证。3 .实验验证：钢筒塔架一一单轴应力状态和各向同性材料。4 .轮毂多轴应力状态的校核一一材料各向同性。5 .单轴应力状态和各向异性材料叶片的验证。（二）教学要求1 . 了解认证标准。2 .理解风力机部件验证。3 .掌握实验验证：钢筒塔架一一单轴应力状态和各向同性材料。4 .掌握轮毂多轴应力状态的校核一一材料各向同性。5 .掌握单轴应力状态和各向异性材料叶片的验证。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）L重点（1）理解风力机部件验证。（2）掌
16、握实验验证：钢筒塔架一一单轴应力状态和各向同性材料。（3）掌握轮毂多轴应力状态的校核材料各向同性。（4）掌握单轴应力状态和各向异性材料叶片的验证。2.难点（1）掌握实验验证：钢筒塔架一一单轴应力状态和各向同性材料。（2）掌握轮毂多轴应力状态的校核一一材料各向同性。（3）掌握单轴应力状态和各向异性材料叶片的验证。三、本课程开设的实验工程（如课程不含实验，该项可不填）编号实验工程名称学时类型要求支撑的课程目标1风光互补离网发电实训系统2综合性必做2风向跟踪发电实验2验证性必做注：1.“类型”填验证性、综合性、设计性等；2. “要求”填必做、选做。实验1：风光互补离网发电实训系统实验目标及要求：1,理解风光互补离网发电原理。2.认识风光互补离网发电系统组件及其简单控制。实验2：风向跟踪发电实验实验目标及要求：1.理解风向跟踪发电实验原理。2.认识风向跟踪发电系统组件。四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上 机课程 实践小 计绪论11讲授法、讨论法第一章44讲授法、多媒体展示第二章22讲授法、讨论法第三章44讲授法、研究型教法第四章44研究型教法、讨论法