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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑风力发电基础理论 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 风力发电根基理论 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这
2、已经成为世界上的共识。 第一章 风与风力资源概述一、风的产生与特性产生：风是地球外表大 气层由于太阳的热辐射 而引起的空气滚动；大 气压差是风产生的根本 理由。 特性：周期性、多样 性、 繁杂性。 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 二、风能的利用 按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式 的能量，如机械能、电能、热能等，以实现提水 浇灌、发电、供热、风
3、帆助航等功能。21世纪风 能利用的主要领域是风力发电。 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 三、风能开发的意义 风能是清洁的可再生能源，取之不尽，用之不竭。 在全体新能源、可再生能源利用技术中，风力发电 是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方 式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、 保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着 极其重要的意义。大
4、力进展风电，这已经成为世界 上的共识。 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 四、风的目测和风力等级风级 0 名称 无风 相应风速(m/s) 00.2 表现 零级无风炊烟上 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 软风轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风 飓风 0.31.51.63.5 3.65.4 5.57.9 810.7
5、 10.813.8 13.917.1 17.220.7 20.824.4 24.528.4 28.532.6 32.6 一级软风烟稍斜二级轻风树叶响 三级微风树枝晃 四级和风灰尘起 五级清风水起波 六级强风大树摇 七级疾风步难行 八级大风树枝折 九级烈风烟囱毁 十级狂风树根拔 十一级暴风陆罕见 十二级飓风浪涛天 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 其次章 风
6、力机的能量转换过程 一、风能的计算 气流的动能为： 1 E Sv 3 2 在国际单位制中，的单位是kg/m3 ;V 的单位是m3;v的单位是m/s;E的单位 是W。 从风能公式可以看出，风能的大小与 气流密度和通过的面积成正比，与气流 速度的立方成正比。其中和v随地理位 置、海拔、地形等因素而变 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 二、空气密度确实定 在海拔
7、500m以下，取标准大气压下15的空气密度1.225举行计算。 超过500m时，需要计及空气密度随高度的变化，可采用下式计算： 1.225(1 0.022557Z ) kg / m4.256 上式适用于海拔高度Z小于11Km的处境 假设需要举行精确计算，那么有：式中 大气压力，; 相对湿度； 十足温度T时饱和水蒸气的压 力 3 273 p 0.378 ps 1.2931 T 101325式中 大气压力，; 相对湿度； 十足温度T时饱和水蒸气的压力 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于
8、改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 四、风力机的特性系数 1.风能利用系数CP 风力机从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利 用率系数CP表示，由式 (2-11)知 P (2-13) CP 1 v 3 S2 式中 P风力机实际获得的轴功率，单位为W; 空气密度，单位为kg/m3 ; S 风轮的扫风面积，单位为m2 ; v 上游风速，单位为m/s 。 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源
9、布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 三、自由流场中的风轮 风力机的第一个气动理论是由德国的贝兹(Betz)于1926年建立的。 贝兹理论中的假设： 叶轮是梦想的； 气流在整个叶轮扫略面上是平匀的； 气流始终沿着叶轮轴线； 叶轮处在单元流管模型中，如图； 流体连续性条件：S1V1 = SV = S2V2。A S1v1 Sv S2v2 B D 风力机从自然风中所能索取的能量是有限的，其功率损失部 分可以解释为留在尾流中的旋转动。 能量的转换将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电 机的型式而异，因此，风力机的实际
10、风能利用系数 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 2.叶尖速比 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆 周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比。 (2-14) 2 Rn R v v n风轮的转速，单位为r/s ; 风轮角频率，单位为rad/; R风轮半径，单位为m; v上游风速，单位为m/s 。 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源
11、、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 第三章 桨叶的几何参数和空气动力特性 一、翼型的几何参数和气流角C 0 B lf A i a) b) 图2-2翼型的几何参数和气流角 B点后缘(Trailing edge); A点前缘(Leading edge),它是距后缘最远的点； l 翼型的弦长，是两端点A, B连线方向上翼型的最大长度； C 最大厚度，即弦长法线方向之翼型最大厚度； f 翼型中线最大弯 I 攻角，是来流速
12、度方向与弦线间的夹角； 0零升力角，它是弦线与零升力线间的夹角； 升力角，来流速度方向与零升力线间的夹角 i=+ 0 (2-15) 此处0是负值，和i是正值。 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 二、作用在运动桨叶上的气动力 按照伯努利理论，桨叶上外观的气流速度较高， 下外观的气流速度那么比来流低。因此，围绕桨叶的 滚动可看成由两个不同的滚动组合而成：一个是
13、将 翼型置于平匀流场中时围绕桨叶的零升力滚动，另 一个是空气环绕桨叶外观的滚动。而桨叶升力那么由 于在桨叶外观上存在一速度环量如图2-3所示。 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 为了表示压力沿外观的变化，可作桨叶外观的垂线， 用垂线的长度KP表示各片面压力的大小 p p0 KP 1 2 v (2-16) 2 式中 p桨叶外观上的静压； 、p0 、v无限远处
14、的来流条件。 连接各垂直线段长度KP的端点，得到图2-4a,其中上 外观KP为负，下外观KP为正。Fl Kp F A+ a) v i b) Fd B 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 三、升力和阻力系数的变化曲线 Cl和Cd随攻角的变化， 研究升力系数的变化， 它由直线和曲线两片面 组成。与Clmax对应的 iM点称为失速点，超过 失速点后，升力系数下 降
15、，阻力系数急速增加。 负攻角时，Cl也呈曲线 形，Cl通过一最低点 Clmin。 Cl Cd 0.8 0.6 0.4 0.2 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Cd Cl i /(0)_ 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成为世界上的共识。 风能是清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在全体新能源、可再生能源利用技术中,风力发电是技术最成熟、最具规模开发和商业进展前景的方式。进展风电对于改善能源布局、养护生态环境、保障能源安好和实现经济的可持续进展等方面有着极其重要的意义。大力进展风电,这已经成
