3.1_贝兹理论
37页1、贝兹理论中的假设 叶轮是理想的; 气流在整个叶轮扫略面上是均匀的; 气流始终沿着叶轮轴线; 叶轮处在单元流管模型中,如图。,1.2.2 贝兹理论,流体连续性条件:S1V1 = SV = S2V22. 应用气流冲量原理叶轮所受的轴向推力: F=m(V1-V2) 式中m=SV,为单位时间内的流量质量。叶轮单位时间内吸收的风能叶轮吸收的功率为:P=FV= SV2(V1-V2),3. 动能定理的应用,基本公式:E=1/2 mV2 (m同上) 单位时间内气流所做的功功率: P=1/2 mV2= =1/2 SV V2在 叶轮前后,单位时间内气流动能的改变量: P= 1/2 SV (V21_ V22) 此既气流穿越叶轮时,被叶轮吸收的功率。 因此: SV2(V1-V2)= 1/2 SV (V21_ V22) 整理得: V=1/2 (V1+V2) 即穿越叶轮的风速为叶轮远前方与远后方风速的均值。,4. 贝兹极限,引入轴向干扰因子进一步讨论。 令: V = V1( 1- a ) = V1 U 则有:V2 =V1 ( 1- 2a ) 其中: a轴向干扰因子,又称入流因子。 U=V1a轴向诱导速度。讨论:当
2、a=1/2时,V2=0,因此aa0。 a的范围: a 0,由于叶轮吸收的功率为 P=P= 1/2 SV (V21_ V22) = 2 S V13a( 1- a )2 令dP/da=0,可得吸收功率最大时的入流因子。 解得:a=1和a=1/3。取a=1/3,得 Pmax =16/27 (1/2 SV13 ) 注意到1/2 SV13 是远前方单位时间内气流的动能功率,并定义风能利用系数Cp为: Cp=P/(1/2 SV13 ) 于是最大风能利用系数Cpmax为: Cpmax=Pmax/(1/2 SV13 )=16/270.593 此乃贝兹极限。,3.3 风轮圆盘理论,3.3.1 旋转尾流3.3.2 角动量定理3.3.3 最大功率3.3.4 尾流结构,3.3.1 旋转尾流,3.3.2 角动量定理,1.2.3 叶素理论,一、基本思想将叶片沿展向分成若干微段叶片元素叶素;视叶素为二元翼型,即不考虑展向的变化;作用在每个叶素上的力互不干扰;将作用在叶素上的气动力元沿展向积分,求得作用在叶轮上的气动扭矩与轴向推力。二、叶素模型端面: 桨叶的径向距离r处取微段,展向长度dr。 在旋转平面内的线速度:U=r。,翼型剖面: 弦长 C,安装角。 设V为来流的风速,由于U的影响,气流相对于桨叶的速度应是两者的合成,记为W。,定义W与叶轮旋转平面的夹角为入流角,记为,则有叶片翼型的攻角为:=-。三、叶素上的受力分析在W的作用下,叶素受到一个气动合力dR,可分解为平行于W的阻力元dD和垂直于W的升力元dL。另一方面,dR还可分解推力元阻力元dF和扭矩元dT,由几何关系可得: dFdLcos + dDsin dTr(dLsin - dD cos ),由于可利用阻力系数CD和升力系数Cl 分别求得dD和dL: dL =1/2 CLW 2C dr dD=1/2 CD W2C dr 故dF和dT可求。将叶素上的力元沿展向积分,得:作用在叶轮上的推力:F= dF作用在叶轮上的扭矩:T= dT叶轮的输出功率:P= dT= T,
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