风力机风洞实验报告.pdf

1、 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.3 1.S 型风力机.3 2.吹气台.4 3.转速仪和功率仪.6 1、转速测量仪.6 2.功率测量仪.7 四、实验原理.8 五、实验步骤.9 1.开启吹气台.9 2.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。

2、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

3、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

4、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

5、：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

6、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

7、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：0.0Un1.15Un 3.4 功耗 电压线路功耗：2W(10VA)电流线路功耗：4.0VA 3.5 环境条件 正常工作温度：-10 45,工作极限温度：-25 55,3.6 精度 精度：0.5%F.S

8、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()4E RPRrRr=+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

9、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 3 4 5 6 7 8 9 10