风力机风洞实验报告.pdf

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国家精品课程“空气动力学”“空气动力学”教学实验指导书风力机风洞实验风力机风洞实验北京航空航天大学北京航空航天大学流体力学研究所流体力学研究所目录目录风力机风洞实验指导书.3一、实验目的.3二、实验内容.3三、实验设备.31.S型风力机.32.吹气台.43.转速仪和功率仪.61、转速测量仪.62.功率测量仪.7四、实验原理.8五、实验步骤.91.开启吹气台.92.测量P和N.9六、实验报告.10风力机风洞实验指导书风力机风洞实验指导书一、实验目的一、实验目的通过实验认识风力机的把风能转化为电能的原理；测出风力机的功率及转速随风速的变化情况。

二、实验内容二、实验内容1、测出风力机不同风速下的功率；2、测出风力机不同风速下的转速。

三、实验设备三、实验设备1.S型风力机型风力机S型垂直轴风力机是芬兰S.Saronius于20世纪20年代提出的，是一种典型的阻力型风力机。

风力机风轮一般由两个半圆形或弧形的垂直叶片组成，如图一所示。

图中D为风轮直径，d为叶片直径，e为间距。

在来流作用下，一方面迎风面上的凹凸两个叶片上的风压不相等产生压差；另一方面当气流通过两个叶片间隙时，气流方向发生180的变化，在背风面的凸面叶片上还有回流效应，者两个效应在风轮对空气动力偶。

一次，在叶片上产生转矩，使风轮旋转。

本次实验所用的是一个如下图所示的S型阻力型风力机，高1.48米，直径0.66米。

图一图二2.吹气台吹气台本次S型垂直轴风力机性能测试是在本课题组的低Re数、高效螺旋桨吹气实验台进行的，如图三和图四所示。

其设计参数如下所示：

实验段直径：

D=1.0m；实验：

0V=020m/s；实验段湍流度：

k=1%；电机功率最大功率20kW，风速通过变频调节；风扇直径：

d=1200mm，长度2778mm；采用旋转桨叶和反扭导流片系统，动桨叶20片，导流片9片；收缩段：

收缩比=1.44，长度650mm；蜂窝器：

栅格尺寸M=15mm，长度L=150mm，不锈钢制成；阻尼网：

2层网，每层间距200mm。

图三图四3.转速仪和功率仪转速仪和功率仪图五转速测量仪图六功率测量仪1、转速测量仪、转速测量仪1、适应范围适用于转速、线速、频率测量，采用微处理器进行控制运算，可地将输入频率进行宽范围的标度转换（如转换为转速、线速度等）。

2、功能特点多重保护、隔离设计、抗干扰能力强、可靠性高3、主要技术指标基本误差：

0.5FS或0.2FS1个字显示方式：

双排四位LED数码管显示或六位LED数码管显示采样周期：

0.2S输入信号：

模拟量15V或420mA二线制脉冲，TTL脉冲，NPN、PNP型电压脉冲测量范围：

0.19999HZ报警输出：

二限报警或四限报警，报式、报警灵敏度可设置，继电器输出触点容量AC220V/3A或AC220V/1A。

通讯输出：

接口方式-隔离串行双向通讯接口RS485/RS422/RS232/Modem波特率-3009600bps设定变送输出：

420mA、010mA、15V、05V精度：

0.3FS馈电输出：

DC24V/30mA电源：

开关电源85265VAC功耗4W以下2.功率测量仪功率测量仪SPA-96BDE电子式电能表（如图五右所示）使用在供电部门、工厂、企业、商业、农业的动力、照明设备的有功电能计量。

用于计量频率为50Hz的交流三相有功电能,并电量采用液晶显示，读数直观便于抄表,本仪表可扩展RS485通讯功能，为三相电能测量提供先进、可靠的计量工具。

1SPA-96BDE电子式电能表采用的计量模块能精确地测量三相正反双向有功电能。

该电子式电能表具有计量准确、稳定、可靠、具有良好的抗电磁骚扰、低功耗、高准确度、宽量程、长寿命等特点。

2.SPA-96BDE电子式电能表工作原理本电能表采用三相供电方式，并在任一单相供电情况下都能正常工作。

电能表工作时，电压、电流经取样电路分别取样后，送至大规模集成电路缓冲放大，再由16位A/D转换器转换成数字信号，经数字乘法器运算后，转换成和电能大小成正比的脉冲，驱动计度器进行电能累加和驱动脉冲指示灯，并输出脉冲，供计量。

3.SPA-96BDE电子式电能表技术指标3.1起动在参比电压、参比频率及功率因数为1.0的条件下，负载电流为0.004Ib（1级）、0.005Ib（2级）仪表应能起动，并连续计量电能。

3.2潜动电压回路加1.15倍的参比电压，电流线路中无电流时，仪表的测试输出不应产生多于一个的脉冲。

3.3工作电压范围正常工作电压：

0.9Un1.1Un极限工作电压：

0.0Un1.15Un3.4功耗电压线路功耗：

2W（10VA）电流线路功耗：

4.0VA3.5环境条件正常工作温度：

-1045,工作极限温度：

-2555,3.6精度精度：

0.5%F.S四、实验原理四、实验原理将图五所示的转速仪和功率测量仪与风力机的发电机和一个300的滑动变阻器串联在一个，当风速一定时，调节滑动变阻器，使功率测量仪的示数达到最大，记录下此时的功率和转速值，此值便是所要测得的转速和功率。

如下图所示，电源的内阻为r,外电阻为R，电源电动势为E，则根据闭合电路欧姆定律可以得到：

22（）4ERPRrRr=+其中，P为输出功率。

图六从上式可以看出当外电阻R=r时，输出功率P达到最大，这便是实验测量时的基本原理。

五、实验步骤五、实验步骤1.开启吹气台开启吹气台对吹气台的介绍请参看实验设备中的吹气台，打开控制箱从左至右依次打开电源，在控制箱表面上第一行依次“启动”“风机启动”“上电”，然后按照控制箱的对应表，一边观察控制箱中的频率示数，一边缓慢旋转右侧的旋钮，通过调整频率来调节至目标风速。

待三吹气台工作稳定后，开始实验。

2.测量2.测量P和和N通过频率调节风速至3m/s；待风机稳定后，调节滑线变阻器，使得功率最大，记录功率和转速；再将风速依次调节至4-12m/s，同理进行试验。

重复上述测量数次。

六、实验报告六、实验报告班级学号姓名实验日期指导教师1、求出风速为8m/s和10m/s时实验所用风力机的风能利用率。

2、画出功率随风速的变化曲线，转速随风速的变化曲线。

风速（m/s）功率（W）转速（rpm）风能利用率345678910