cdb12级风能空气动力学课程设计指导书..docVIP

机 械 与 动 力 工 程 学 院 风力机空气动力学课程设计 设计题目： 风力机叶片气动设计 设 计 人： 曹栋波 班 级： 风能1201 组 号： 8 指导教师： 姚桂焕 设计时间： 2周 成 绩： 日期：2015.6.29-2015.7.12 1．设计目的： 《风力机空气动力学课程设计》是风能与动力工程专业中重要的实践性教学环节。通过该教学环节，使学生熟练掌握风力机叶片工作原理，并能够通过结合动量叶素理论相关知识与给定的环境条件设计出工作叶片，巩固和提高其风力机叶片设计及制造知识，树立其理论知识指导设计的工作思想，加深其对现场生产实际的了解，培养其对工程技术问题严肃认真、负责的态度，为其以后从事实际工作打下坚实的基础。 2．设计内容和要求： 一、设计内容： （1）基于叶素和动量理论设计水平轴风力机叶片； （2）绘制风力机叶片弦长随叶片展向长度的变化曲线； （3）绘制风力机叶片扭角随叶片展向长度的变化曲线； （4）绘制设计风力机的性能曲线； （5）编写设计说明书，并附上必要的计算公式 （6）分组分别设计出不同翼型配置的风力机叶片。 设计要求： （1）掌握风力机叶片设计原理； （2）掌握风力机叶片设计过程； （3）完成确定风力机叶片的参数； （4）按时提交课程设计说明书、图纸，按时参加答辩。 3．设计工作任务及工作量的要求 一、对于给定的风力机工作环境以及功率按照NACA给定的参数设计风力机工作叶片 每组同学数据给定情况不同可以采用手算和计算机编程序两种方式进行，在答辩时要提前说明计算方法以及在每种方法中遇到的问题，经教师校验方法正确后方可进行答辩。 二、编制课程设计计算说明书 设计计算说明书中应附上主要计算公式以及适用条件、工作原理、设计方法、系统构成及流程、计算成立条件，字数不少于10000字（至少要8000字），要求条理清晰，逻辑严密，字迹工整。 4．主要参考文献： 风力机空气动力学. Martin O.L. Hansen（著），肖劲松（译）. 中国电力出版社，2010 风工程与工业空气动力学. 贺德馨. 国防工业出版社，2006 风力机设计理论及方法. 赵丹平. 北京大学出版社, 2012 5．所用基础理论： 根据动量理论，描述作用在风轮上的力与来流速度之间的关系。 根据叶素理论，将风轮叶片沿展向分成许多微段，即叶素，并假设在每个叶素上作用的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和阻力。 叶素-动量理论，假设各个叶素单元作用相互独立，各个圆环之间没有径向干扰，轴向诱导因子a并不沿着径向方向改变。 6．相关参数的选定： （1）调速方式：失速 （2）翼型 （例如：NACA系列、NASA LS系列、NREL S系列） （3）叶片数目：3片 （4）风力机功率：P=33kW (6～48 kW) （5）来流风速：V=10m/s（6～12 m/s） （6）叶尖速比λ=8 （7～9） （7）风能利用系数：0.43 （8）传动效率：0.92 （9）发电机效率：0.95 （10）叶片材料：玻璃纤维复合材料 7．风力机叶片的外形设计计算 1.确定风轮直径D 由于P=，所以风轮直径D=，风轮半径R= 2.确定风轮转速 3.计算雷诺数 在，压强为标准大气压101.325kPa时，空气的动力粘度 在AirfoilTools网站上选择雷诺数1000000时的图像来确定最佳升阻比时对应的升力系数和阻力系数。 4.根据在叶根处选择相对较厚的翼型以承受叶片运行时的应力，并且能实现向叶根处的圆形断面光滑过度；叶尖选用相对较薄的翼型以满足叶片的气动性能要求。将叶片分成16个断面：从叶片展向20%到95%，间隔5%来取。 在叶片展向20%、25%、30%、和35%处选择剖面，并选择翼型为NACA4421； 在叶片展向40%、45%、50%和55