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1、风力发电机的安风力发电机的安装与调试装与调试窦建中窦建中6014风力机空气动力学基础知识风力机空气动力学基础知识Wind Turbine Basics什么叫风？什么叫风？风风就就是是流流动动的的空空气气，一一块块薄薄平平板板放放在在流流动动的的空空气气中中会会受受到到气气流流对对它它的的作作用用力力，我我们们把把这这个个力力分分解解为为阻阻力力与升力。与升力。风力和阻力风力和阻力风力和阻力风力和阻力图中图中F是平板受到的作用力，是平板受到的作用力，FD为阻力，为阻力，FL为升力。阻力与气流方向平行，为升力。阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。升力与气流方向垂直。风力和阻力风力和阻力风力和阻
2、力风力和阻力我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，见上我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，见上图，图，此时平板受到的阻力最大，升力为零。当平板静止时，此时平板受到的阻力最大，升力为零。当平板静止时，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。也没有对平板做功。一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速
3、度的20%20%至至50%50%时能获得较大的功率，阻力型风力机就是利用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。叶片受的阻力工作的。风力和阻力风力和阻力风力和阻力风力和阻力当平板与气流方向平行时，平板受到的作用当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零）。力为零（阻力与升力都为零）。当平板与气流方向有夹角时（见上图），气当平板与气流方向有夹角时（见上图），气流遇到平板的向风面会转向斜下方，从而给流遇到平板的向风面会转向斜下方，从而给平板一个压力，气流绕过平板上方时在平板平板一个压力，气流绕过平板上方时在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就的下风面会
4、形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力产生了侧向作用力F F，该力可分解为阻力，该力可分解为阻力FDFD与与升力升力FLFL。风力和阻力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，平板受到的阻力到的阻力FD较小；此时平板受到的作用力主要是升力较小；此时平板受到的作用力主要是升力FL风力和阻力风力和阻力飞机、风筝能够升到空中就是依靠升力，升力型飞机、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。风力机就是靠叶片受到的升力工作的。翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，
5、翼型均翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，翼型均为流线型，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型为流线型，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力（1）前缘、后缘）前缘、后缘翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。（2）弦线、弦长）弦线、弦长连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长，用连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长，用c表示。弦长是很重要的表示。弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。（3）最大弯度
6、、最大弯度位置）最大弯度、最大弯度位置中弧线在中弧线在y坐标最大值称为最大弯度，用坐标最大值称为最大弯度，用f表示，简称弯度；最大弯度点的表示，简称弯度；最大弯度点的x坐标坐标称为最大弯度位置，用称为最大弯度位置，用xf表示。表示。（4）最大厚度、最大厚度位置）最大厚度、最大厚度位置上下翼面在上下翼面在y坐标上的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度，用坐标上的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度，用t表示；最表示；最大厚度点的大厚度点的x坐标称为最大厚度位置，用坐标称为最大厚度位置，用xt表示。表示。（6）后缘角）后缘角翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角，用翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为
7、后缘角，用表示。表示。对称翼型的弯度对称翼型的弯度f为为0，t1=t2,上下表面对称。上下表面对称。（5）前缘半径）前缘半径翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径，用翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径，用r1表示。表示。翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力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（不对称翼型），见图，即使叶
8、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，上方气体压强比下方小，力学的伯努利原理，上方气体压强比下方小，翼片就受到向上的升力翼片就受到向上的升力FL翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力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。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的翼型能受到较大的升力，在来流
9、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。很小，与升力相比可忽略不计。下图是攻角为下图是攻角为12度时的气流与升力图。度时的气流与升力图。翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力有弯度翼型在攻角为某一负值时，升力为有弯度翼型在攻角为某一负值时，升力为0，称该攻角为零升力攻角（零升力角）。，称该攻角为零升力攻角（零升力角）。虽然翼型受到的升力随攻角的增大而增大，虽然翼型受到的升力随攻角的增大而增大，但攻角增大到某个临界角度后，翼型上方但攻角增大到某个临界角度后
10、，翼型上方气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升，这一现象称为失下降，阻力会急剧上升，这一现象称为失速。速。对于不同的翼型这个角度也不同，一般为对于不同的翼型这个角度也不同，一般为10至至15度，度，翼型的升力与阻力翼型的升力与阻力风力发电机有风力发电机有阻力型阻力型与与升力型升力型两种，两种，水平轴风力机基本都是升力型，垂水平轴风力机基本都是升力型，垂直轴风力机有升力型结构也有多种直轴风力机有升力型结构也有多种阻力型结构阻力型结构课后作业课后作业1.三人分一小组；三人分一小组；2.合作做一个风筝合作做一个风筝3.下周为课外活动课下周为课外活动课4.风筝比赛风筝比赛