可再生能发电技术课后习题.docxVIP

第2章风力发电课后习题2-1 简述风的形成原因和不同级别风的特点。答：风是空气流动的结果。地球表面被厚厚一层称为大气层的空气所包围，由于密度不同或气压不同造成空气对流运动，水平运动的空气就是风，空气流动形成的动能称为风能。空气流动主要受到大气环流、季风环流和局部环流的共同影响。不同风力等级的特点见P19页的蒲福风力等级。2-2常用的描述风能的参数有哪些？答：风速、风向、风频、风能以及风能的利用系数等等。风速：风强度的表示方法。指单位时间内风的水平移动距离，从时间上看有瞬时风速和平均风速，用风速仪测量。风向：风吹来的方向，一般用风向仪来测风向。风频：风向出现的频率。风能：指风所具有的能量、动能，常用风压风功率等来表示。风能利用系数：表示风力机所捕获的功率与风功率之比，计算公式为Cp=P/Pair，它是一个小于1的系数。2-3试计算表2-2所列不同风速及面积上的风功率，以kW表示。ρ=1.0kg/m3。风功率，已知：半径r、ρ、速度v表2-2直径m风速m/s 功率kW5105010051.234.91122.72490.871533.13132.543313.41325425153.4613.5915340613592-4 以10m高度为基准，试分别计算20m和50m高度的风速增长系数，在指数公式中取α=0.14。答：风速随高度变化的经验公式很多，通常采用以下指数公式，，教材P21式（2-4）。V为高度h处的风速，单位为m/s；v0为高度h0处的风速，单位为m/s，一般取10m；α为经验指数，本题中取α=0.14，（在开阔、平坦、稳定度正常的地区）。风速增长系数为（h/h0）^α20m高度的风速增长速度为(20/10)^0.14=1.10250m高度的风速增长速度为(50/10)^0.14=1.2532-5设风分别以5m/s和15m/s各吹1h（1小时），取空气密度ρ=1.0kg/m3。试计算：(1) 2h（2小时）内的平均风速是多少？(2) 平均风功率密度是多少?答：平均风速为：=(5+15)/2=10m/s平均风功率密度为：=（1×53+1×153）=875w或表示为：其中n为风吹的时间，平均风功率密度==（1×53+1×153）=875w2-6 根据图2-66所示，设风速为20m/s，试计算下列条件下风力机的功率：（1）风力机转速为160r/min（曲线A）；（2）风力机运行在最大风能利用系数曲线上（曲线B）；（3）风力机运行于600N·m的恒转矩曲线上（曲线C）；（4）设风力机的额定风速未12.5m/s（图中曲线A、B、C的交点），试问该风力机的额定转矩、额定功率和额定转速各是多少？答：首先求（1）（2）（3）问题的风力机功率，然后求（4）问题（额定工况点）的转矩、功率、转速，称为额定转矩、额定功率、额定转速。转速与角速度关系，（n的单位r/min，除以60为每秒单位），有，功率风力机转速为160r/min（曲线A），点（1）由图中插值：风力机转速约为160r/min，转矩约为1500N·m，功率：=2×3.1416×1500×160/60=25133w(2) 风力机运行在最大风能利用系数（曲线B），点（2）由图中插值：风力机转速约为240r/min时，转矩约为1400N·m，功率：=2×3.1416×1400×240/60=35186w(3) 风力机运行于600N·m的恒转矩曲线上（曲线C），点（3）由图中插值：风力机转速约为375r/min时，转矩约为600N·m，功率：=2×3.1416×600×375/60=23562w(4) 风力机运行于额定工况点（4），由图中插值：额定转矩为 600Nm，额定转速为160r/min，额定功率由下式求得： =2×3.1416×600×160/60=10053w。2-7 什么是贝兹极限？其值是多少？答：贝兹理论是风力发电中关于风能利用效率的一条基本的理论。贝兹理论：理想情况下风能所能转换成电能的极限比值为16/27 约为59.3%。它由德国物理学家Albert Betz于1919年提出。2-8什么是风力机的失速？答：对于定速定桨距风力机，桨叶的桨距角β是固定不变的。它利用叶片的气动特性，使其在高风速时产生失速来限制风力机功率。当风速增大时，桨距角β不变，攻角α增大。一旦攻角大于临界值，则叶片上侧气流分离，形成阻力，对应的阻力系数CD增大，而升力系数CL有所减小。升力FL和阻力FD的改变，导致作用在叶片上的轴向推力FT增加，切向旋转力FR略有减小，结果是气动力矩和功率减小，称之为失速。（P30、图2-20）、或用（P27、图2-15升力系数CL、阻力系数CD突然下降，失速时，升阻比CL/CD突然下降。）2-9 风力机分别运行在恒叶尖速比和恒转速，试说明其性能有何不同？答：