风力机工作原理风力机工作原理_概论1.翼型绕流的分析物体在空气中或空气流淌物体时，物体将受到空气的作用力，称为空气动力。空气动力通常由两部分所组成：一部分是因为气流绕物体流淌时，在物体表面处的流淌速度发生变幻，引起气流的变幻，即物体表面各处气流的速度与压力不同，从而对物体产生合成的压力；另一部分是因为气流绕物体流淌时，在物体附面层内因为气流黏性作用产生的摩擦力。将囫囵物体表面这些力合成起来便得到一个，这个合力即为空气动力。图4-9给出了气流流经叶片时的流线分布。气流在叶片的前缘分别，上部的气流速度加快，压力下降，下部的气流则基本保持本来的气流压力。于是，叶片受到的气流作用力F可分解为与气流方向平行的力Fx和与气流方向垂直的力Fy，分离称为阻力和升力。按照气体绕流理论，气流对叶片的作用力F可按如下公式计算：图4-9气体的叶片绕流式中，Cr为叶片总的空气动力系数；V为吹向物体的风速；ρ为；A为叶片在垂直于气流方向平面上的最大。叶片的升力Fy与阻力Fx按下式计算：式中，Cy为升力系数；Cx为阻力系数。Cy与Cx均由试验求得。因为Fy与Fx互相垂直，所以II并且对于同一种翼型（截面外形），其升力系数和阻力系数的比值，称为升阻比（k）：2.影响升力系数和阻力系数的因数影响升力系数和阻力系数的主要因数有翼型、攻角、雷诺数和等。（1）翼型的影响4-10给出了三种不同截面外形的叶片。当气流由左向右吹过时，产生不同的升力和阻力。阻力：平板型＞弧板型＞流线型；升力：流线型＞弧板型＞平板型。对应的Cy合同样的逻辑。图4-10不同叶片截面外形的升力与阻力（2）攻角的影响气流方向与叶片横截面的弦（L）的夹角α称为攻角，其值的正、负4-11所示。Cy与Cxα的变幻状况4-12所示。图4-11图4-12Cy与Cx值随α的变幻关系（3）雷诺数的影响空气流经叶片时，气流的黏性力将反映出来，这种黏性力可以用雷诺数Re表示：为吹向叶片的空气流速；L为翼型弦长；γ为空气的运动黏性系数，γ＝μ/ρ，μ为空气的动力黏性系数，ρ为空气密度。IIIRe值越大，黏性作用越小，Cy值增强，Cx值变大。（4）叶片表面粗糙度的影响叶片表面不行能做得肯定光洁，把高低不平的波峰与波谷之间高度的平均值称为粗糙度，此值Cx值变高，增强了阻力；而对Cy值的影响不大。创造时应尽量使叶片表面平滑。(.guayunfan)3.实际叶片表面的受力分析4-13所示是水平轴风力机的机头部分。风轮主要由两个螺旋桨式的叶片组成，风吹向叶片时，叶片产生的升力（Fy）和阻力（Fx）4-14所示；阻力是风轮的正面压力，由风力机的塔架承受；升力推进风轮旋转。现在风力机的叶片都做成螺旋桨式的，其缘由如下所述。图4-13水平轴风力机的机头图4-14风力转化为叶片的升力与阻力因为风轮旋转时，叶片不同半径处的是不同的，因而相对于叶片各处的气流速度在大小和方向上也都不同。假如叶片各处的安装角都一样，则叶片各处的实际攻角都将不同。这样除了攻角临近最佳值得一小段叶片升力较大外，别的部分所得到的升力则因为攻角偏离最佳值而不，所以这样的叶片不具备良好的气动力性。为了在沿囫囵叶片长度方向均能获得有利的攻角数值，就必需使叶片每一个截面的安装角随着半径的增大而逐渐减小。在此状况下，有可能使气流在囫囵叶片长度均以最有利的攻角吹向每一叶片，从而具有比较好的气动力性能。而且各处受力比较匀称，也增强了叶片的强度。这种具有变幻的安装角的叶片称为螺旋紧型叶片，而那种各处安装角均相同的叶片称为平板型叶片。明显，螺旋桨型叶片比起平板型叶片要好得多。尽管如此，因为风速是在变幻的，风速的变幻也将导致攻角的变幻。假如叶片装好后安装角不再变幻，那么虽在某一风速下可能得到最好的气动力性能，但在其他风速下则未必如此。为了IV适应不一样的风速，可以随着风速的变幻，调整囫囵叶片的安装角，从而有可能是在很大的风速范围内均能够获得优良的动力性能。这种桨叶称为变桨距式叶片，而把那种安装角一经装好就不再能变动的叶片称为定桨距式叶片。明显，从气动性能来看，变桨距式螺旋桨型叶片是一种性能优良的叶片。还有一种能够得到良好性能的办法，即风力机实行变速运行方式。经过控制输出的方法，使风力机的转速随风速的变幻而变幻，两者之间保持一个恒定的最佳比值，从而在很大的风速范围内均可使叶片各处以最佳的攻角运行。4.风力机的工作性能（1）风率4-15所示，当流速为的风吹向风轮，使风轮转动，该风轮扫掠的面积为A，空气密度为ρ，经过1s，流向风轮空气所具有的动能为若风轮的直径为D，则这些不行能全被风轮捕捉而转换成机械能，设由风轮轴输出的功率为N（风能功率），它与Np之比称为风率系数，用Cp表示。即于是Cp值为0.2～0.5。可以证实，Cp的理论最大值为0.593。由上述公式可知：风率与风轮直径的平方成正比；风率与风速的立方成正比；风率与风轮的叶片数目无挺直关系；风率与风率系数成正比。（2）系统和有效功率吹向风轮的风具有的功率为Np，风率为N＝CpNp，此功率经传动装置、做功装置（如发电机、水泵等），终于得到的有效功率为Ne。则风力机的系统效率（总体效率）η为为传动装置效率；ηk为做功装置效率。这样，风力机终于所发出的有效功率为：图4-15水平轴运行的主要结构对结构容易、设计和创造比较粗糙的风力机，η值普通为0.1～0.2；对结构合理、设计和创造比较精细的风力机，η值普通为0.2～0.35，最佳者可达0.40～0.45。

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