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1、风机控制技术研发中心,杨银锴2023年2月3日,水平轴风力机空气动力学,风机知识体系结构,气动,机械,电机,并网,风力,结构,极限,疲劳,振动,控制,材料,制造,叶片设计,叶片制造,风机分类,垂直轴风机,水平轴风力机空气动力学基础,风含功率,单位面积风中的能量，与风速的3次方成正比,Cp 风能利用系数 空气密度，标准密度：1.225kg/m3A 风轮面积U 风速,风机吸收的能量,吸收风能，承受推力,风机尾流,翼型理论,升力产生的原理：压力差乘以面积=升力，垂直于来流速度,叶素理论,叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多段（叶素），假设在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，将作用在每个叶素上的力和力矩
2、沿展向积分，就可求得作用在风轮上的力和力矩。,变桨角度为 时的速度三角形,下表中，叶片的变桨角度为-1.6，攻角7,L为升力，D为阻力，dFn为产生的推力,C为弦长,变桨角度为0时的速度三角形,理想风机功率系数与风机前后流速比的关系曲线V2/V1=1/3时，Cp=0.593（Betz限制）,迎风变桨（攻角越小，出力越小）主动失速（产生紊流和漩涡）,两种功率调节方法,叶片几何参数,R为叶轮半径，r为叶片段半径见图标示。,由图可知，叶片不同部位的风能利用系数是不同的，一般叶尖选用较好的翼型。,不同半径r处的叶型剖面从此图可以清楚地看到叶片扭角和弦长、厚度变化情况！,不同叶片扭转角时的风速功率曲线,
3、不同叶片桨距角时的风轮转矩系数结论：当桨距角增大时可以获得较大的启动力矩！应用：所以风机启动时首先将桨距角调整到50左右。,不同叶片桨距角时的风轮功率曲线,不同叶片桨距角时的风轮功率系数,6）翼型厚度d、厚度比d/c,由图可知翼型越厚，Cp越小！为了保证强度叶片根部必须应用较厚翼型。,风轮几何参数,风力机空气动力设计参数,结论：叶片数量越多，启动力矩越大！应用：风磨的叶片数量就比较多，但转速低。选择3叶片既是美观考虑，也有启动力矩、转速、效率载荷等的综合考虑。,风力机空气动力设计参数,由风机吸收的风能公式可知：风机功率与风轮直径成正比。对于确定的风电场，在风速已定的情况下，选择合适的风轮直径可
4、以获得满意的功率。例如对高原风机，就可以通过适当增加风轮直径来提高风机功率。,风力机空气动力设计参数,单位面积的风含功率,由图可以看出，风速显著影响风力机的功率！,风力机空气动力设计参数,由图可以看出，叶片数目越多，对应的设计叶尖速比越小！越大对应的风轮转速越高，可以减小齿轮箱、主轴和发电机体积，叶片可以做的更细些，占用较少的材料。缺点是对叶片的材料和强度要求更高、容易引起气动噪声气动弹性问题。,=R/V,风力机空气动力设计参数,但是增加转速后会带来气动噪声问题和结构载荷问题。所以风轮转速不能太高，要综合考虑。,具体的高度选择与风速、风机造价、结构载荷有关。,翼型几何参数,AMB面,ANB面,翼型空气动力特性,某翼型升力系数、阻力系数和升阻比,变速恒频风机功率特性,不同海拔高度对风机功率曲线的影响,不同温度对风机功率曲线的影响,谢谢！,
