风机空气动力学.docx

1、风机空气动力学二维空气动力学叶片细长，展向速度远小于流向速度；二维流动The reacting force F：作用力升力系数、阻力系数、力矩系数均是攻角，雷诺数Re、马赫数M的函数升力L：垂直于来流；升力系数：在达到一定值前，升力系数随攻角线性变化，斜率大约为2排/rad；失速后，升力系数以一个非常几何依赖性的方式下降；阻力D：平行于来流；阻力系数在小攻角时几乎是一个常数，但是在失速后迅速增大；对于阻力系数，当雷诺数达到一定值时，雷诺数对其的影响很小。升力阻力方向力矩M：作用点1/4弦长处；力矩系数雷诺数的影响主要和翼型边界层发生层流到湍流转变的点有关；翼型的失速依赖于几何形状；薄翼型的前缘

2、曲率大，比厚翼型更易发生失速。如果分离发生在翼型后缘，并且随着攻角的增加变化缓慢，这是一个平缓的失速；但是如果分离开始于翼型的前缘，整个边界层可能随着升力的突然下降而同时发生分离。粘性边界层的性质非常复杂，和翼型的曲率、雷诺数、表面粗糙度，高速时的马赫数都有关系。层流翼型三维空气动力学定量的描述流体流管三维翼，展向升力分布对上游流动及当地迎角的影响；翼是有限长度，以翼型为截面，上下表面存在压力差从而产生升力的横梁；尾涡小攻角，无粘，Laplace方程、Kutta-Joukowski方程一个强度为 的涡线代替翼型；小攻角时，3维翼产生的升力用一系列展向的涡线模拟（附着涡）；尾涡模拟三维翼产生的涡

3、流层。由Biot-Savart定律知，自由涡在任意展向诱导产生一个向下的速度分量W为诱导速度Multhopps solution of Prandtls integral equation在旋转的叶片失速后，科氏力及离心力边界层分离中起着重要的作用；在分离的边界层中，相对于离心力，速度和动力都比较小，离心力式流体沿展向流向叶尖；科氏力产生顺压力梯度使流向叶尖的流体向尾缘偏离；科氏力和离心力改变了失速后二维翼型的数据风力机后的涡系由于水平轴风力机有旋转的叶片组成，那么必然存在与线性平移翼相似的涡系。在转子后自由涡的涡层是螺旋向的；强叶尖涡位于转子尾流的边缘，根部涡主要位于转轴的轴线上。这个涡系诱

4、导产生了和风方向相反的轴向速度，产生了和转轮叶片旋转方向相反的切向速度分量注意研究对象，研究对象不同，力方向不同轴向诱导速度、周向诱导速度理想风力机的一维动量理论通过转轮的流线转子前后轴向速度、压力分布转轮（阻力装置）使风速下降来流圆环控制体，动量方程功率P，推力T轴向诱导速度功率系数Cp，推力系数CT最大功率系数0.593，贝兹极限，诱导因子1/3;风力机，大推力系数对应着大轴向诱导因子，此时对应着低风速；当轴向诱导因子a大于0,4时，简单动量理论不适用的原因是当速度由Vo到u变化过大时，外流动量转化为尾涡时会形成涡流，导致在尾涡边缘的自由剪切层不稳定。旋转的影响周向诱导因子经典叶素动量理论

5、（BEM）在一维动量理论中，实际的转子几何形状如叶片数、叶片扭角、弦分布、翼型都没考虑。在BEM模型中，对环状控制体有以下假设：1、径向互相独立2、叶片对来流的力是一个常数，这相当于风轮由无限个叶片组成。（普朗特叶尖损失因子修正实际风轮由有限个叶片组成）叶片实度：由式（6.21）和（6.4）由式（6.22）和（6.5）迭代方法求轴向诱导因子a、周向诱导因子a1、假设a=a=0；2、利用（6.7）求入流角；3、计算当地攻角；4、根据翼型空气动力学特性曲线得到叶素的升力系数和阻力系数5、由（6.12）（6.13）计算叶素的法向力系数和切向力系数6、由（6.23）（6.24）计算新的a、a7、比较新计算的a和a值与前一次值，如果误差小于设定值，迭代结束；否则继续步骤（2）继续迭代。8、计算叶片每部分的当地载荷以上是BEM方法的基本准则，但是为了得到更好的结果，需要应用两个修正方法。1、普朗特叶尖损失因子（修正无穷多叶片的假设）2、葛劳渥特修正方法（当轴向诱导因子大于0.4时，推力系数与a的经验关系式）