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风力发电机空气动力学基础 空气动力学的基本概念 ——流线 ——阻力与升力 ——翼型的几何描述 ——翼型的气动特性 叶轮空气动力学基础 ——几何描述 ——贝兹理论 ——叶素理论 序言 风力发电机工作过程描述 风力发电机（以下简称风力机）是一种将风能转换为电能的能量转换装置。 风力机的系统图： 风 电力 进一步有： 风 电力 风力发电机 传动系 发电机 叶 轮 §1 空气动力学的基本概念 空气动力学主要研究空气流过物体外部时的运动规律。 1. 1 流线 气体质点：体积无限小的具有质量和速度的流体微团。 流线： ——在某一瞬时沿着流场中各气体质点的速度方向连 成的一条平滑曲线。 ——描述了该时刻各气体质点的运动方向：切线方向。 ——一般情况下，各流线彼此不会相交。 ——流场中众多流线的集合称为流线簇。如图所示。 绕过障碍物的流线: ——当流体绕过障碍物时，流线形状会改变，其形状取决于所绕过的障碍物的形状。 ——不同形状的物体对气流的阻碍效果也各不相同。考虑这样几种的物体，它们的截面尺寸相同，但对气流的阻碍作用（用阻力系数度量）各异。 1. 2 阻力与升力 当气流与物体有相对运动时，气体对物体有平行于气流方向的作用力——阻力。 定性考察飞机机翼附近的流线。 当机翼相对气流保持图示的方向与方位时，在机翼上下面流线簇的疏密程度是不尽相同的。 考察二维翼型气体流动的情况。根据流体运动的 1、质量守恒定律，有连续性方程： A1V1 = A2V2 + A3V3 其中A、V分别表示截面积和速度。下标1、2、3分别代表远前方或后方、上表面和下表面处。 2、伯努利方程： P0 = P +1/2 * ? V2=常数 其中： P0 ——气体总压力； P ——气体静压力。 1 2 1 1 3 1 下翼面处流场横截面面积A3变化较小，流速V3几乎保持不变，进而静压力P3≈ P1。 上翼面突出，流场横截面面积减小，空气流速增大，V2V1。使得 P2 P1，即压力减小。 结论： 由于机翼上下表面所受的压力差，使得机翼得到向上的作用力——升力。 1. 3 翼型的几何描述 前缘与后缘： O B 翼弦 C 翼弦：OB，长度称为弦长，记为 C。 ——弦长是翼型的基本长度，也称几何弦。 ——此外，翼型上还有气动弦，又称零升力线。 ? 中弧线：翼型内切圆圆心的连线。对称翼型的中弧线与翼弦重合。 上翼面：凸出的翼型表面。 下翼面：平缓的翼型表面。 厚度：翼弦垂直方向上上下翼面间的距离。 ——厚度分布：沿着翼弦方