电子文档交易市场
安卓APP | ios版本
电子文档交易市场
安卓APP | ios版本
换一换
首页 金锄头文库 > 资源分类 > PPT文档下载
分享到微信 分享到微博 分享到QQ空间

风力发电原理第五章综述

  • 资源ID:118357381       资源大小:2.66MB        全文页数:90页
  • 资源格式: PPT        下载积分:30金贝
快捷下载 游客一键下载
账号登录下载
微信登录下载
三方登录下载: 微信开放平台登录   支付宝登录   QQ登录  
二维码
微信扫一扫登录
下载资源需要30金贝
邮箱/手机:
温馨提示:
快捷下载时,用户名和密码都是您填写的邮箱或者手机号,方便查询和重复下载(系统自动生成)。
如填写123,账号就是123,密码也是123。
支付方式: 支付宝    微信支付   
验证码:   换一换

 
账号:
密码:
验证码:   换一换
  忘记密码?
    
1、金锄头文库是“C2C”交易模式,即卖家上传的文档直接由买家下载,本站只是中间服务平台,本站所有文档下载所得的收益全部归上传人(卖家)所有,作为网络服务商,若您的权利被侵害请及时联系右侧客服;
2、如你看到网页展示的文档有jinchutou.com水印,是因预览和防盗链等技术需要对部份页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有jinchutou.com水印标识,下载后原文更清晰;
3、所有的PPT和DOC文档都被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;下载前须认真查看,确认无误后再购买;
4、文档大部份都是可以预览的,金锄头文库作为内容存储提供商,无法对各卖家所售文档的真实性、完整性、准确性以及专业性等问题提供审核和保证,请慎重购买;
5、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据;
6、如果您还有什么不清楚的或需要我们协助,可以点击右侧栏的客服。
下载须知 | 常见问题汇总

风力发电原理第五章综述

主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-1 气动设计模型 风轮功率特性 风轮设计参数 现代风轮叶片设计 转速-功率空气动力学控制 第五章 水平轴风轮的气动设计 风轮的关键参数对水平轴风轮空气动力学特性的影响; 利用风轮的空气动力学进行转速-功率控制的原理。 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-2 5-1 气动设计模型 一、气动设计流程 首先建立理论概念风轮,假设其性能属性,预估风轮 的风能利用系数,计算风轮直径,确定叶片的几何和气动 参数; 通过对风轮结构性能的计算,检验风轮性能与设计值 之间的误差。通常计算结果与设计值不能较好吻合,可通 过反复多次的计算和风洞试验,来分析和优化风轮的关键 参数值,从而适当地修正和改善设计。 若初步结果与设计概念风轮相差甚远,可对概念风轮 进行适当的调整。 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-3 设计必须较好地确定风轮的结构,其任务是在预先 假定的要求和目标下,寻找一个最理想的风轮结构。 通常,设计起点是确定在某风速下风力机的功率输出 。基于这一点,通过初步估计风轮的风能利用系数,来 确定所需要的风轮直径。风轮直径的首次假设是风轮空 气动力学设计的开始。风轮的空气动力学设计也可以通 过计算解决,确定理想的风轮形状,如风轮叶片,但仅 是方向性的目标。真正的任务是在考虑了气动性能、强 度和刚度的安全性指标、经济性等因素后,尽可能地寻 找最佳的风轮结构。 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-4 风 力 机 设 计 流 程 图5-1 风力机设计流程 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-5 二、风轮直径的确定 在最大设计输出功率Pu(W)和风力机前风速(m/s)确定 的前提下,选定叶尖速比,预估风力机在该叶尖速比下的 风能利用系数CP值,则风轮的直径D(m)可按下式计算,即 式中:为空气密度,kg/m3。 风轮的转速n (r/min)为 除此之外,水平轴风轮的气动设计,还要确定和选择叶片 的翼型,计算出相对于风轮轴线不同距离r处叶片叶素的弦长 和安装角。 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-6 三、输出功率计算模型 Bet基于叶轮扫风面的二维流场,提出了流经风 轮扫风面的风能转化为机械能的量。 实际上,旋转风轮的尾流产 生旋转动量,为了维持角动量, 尾流旋转力矩必然与风轮力矩相 反。旋转尾流削弱了风轮有用功 ,从而使风轮的风能转化率低于 Bet值。在扩展动量理论中 ,充分地考虑了旋转尾流的效应 ,扩展动量理论模型如图所示。 图5-2 扩展动量理论模型 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-7 引入叶片结构是从风轮结构到空气动力学理论非常关 键的一步,也是找出风轮结构与其空气动力学性能内在联 系的唯一途径,最常用的模型为叶素理论。 叶素理论确定了任意半径r处的空气动力,假设各叶 素是沿轴旋转的同心圆薄片,且叶素之间不存在空气动力 流场的相互干扰,如图所示。 图5-3 叶素理论模型 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-8 在半径r处翼型剖面的弦线与风轮旋转平面的夹角称为桨 角或节距角,风轮轴向自由流流速为w与切向速度u构成 相对速度r。相对速度与叶片弦线的夹角称为当地空气动力 学攻角。 攻角是空气动力学参数,而叶片桨角是设计参数。 图5-4 攻角和桨距角的区别 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-9 根据旋转尾流的轴向和切向的流动机理与叶素空气动力 的形成,确定叶素的流动条件,从而很快从翼型特性曲线读 出叶素的升力系数和阻力系数。 叶片上表面和下表面的压 力差导致叶尖自由叶尖旋涡的 产生。相对阻力也被称为诱导 阻力,是当地升力系数和叶片 长细比的函数。叶片长细比越 高,表明叶片越狭长,诱导阻 力越小。叶尖旋涡被认为是额 外的阻力部分,与中心旋涡一 样,均造成了有用功的损失。 图5-5 漩涡模型 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-10 通过对叶素升力系数和阻力系数的计 算,可以得出整个叶片长度方向的空气动 力分布。 分为两部分:一部分是风轮旋转平面 的切向力分布;另一部分为轴向的推力分 布。 在整个风轮半径范围内,对切向力进 行积分,则可得出旋转速度下风轮的动力 矩、风轮效率或风能利用系数。对轴向力 进行积分,得出对整个风力机塔架的推力 。 因此,通过叶素理论可以得出某特定 叶片的风力机功率以及在稳态下的气动载 荷。 图5-6 风轮的受力 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-11 图5-7 风轮风能利用系数 描述了风轮风能利用系数的理 论值与实际值的差别。由图可知, 造成风能利用系数低于0.593的原因 主要有3点: 1.考虑风力机尾流的实际角动 量后,风轮风能利用系数为叶尖速 比的函数,只有当叶尖速比变为无 限大时,风能利用系数才接近与 Betz理想值; 2.当引入叶片的空气动力学后, 叶片的气动阻力进一步降低了风能 利用系数; 3.风轮有限的叶片数是造成风能 利用系数低于Betz理想值的又一原 因。此外风轮必须在某叶尖速比条 件下获得风能利用系数最佳值。 基于Bet和叶素理论,可得 出真实风轮的功率曲线。但需注意的 是,Bet和叶素理论均为简化的 理论,因此,利用这两个理论计算的 风轮功率的准确性有限。 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-12 5-2 风轮功率特性 Betz定律指出风轮机械输出功率的大小。叶素理论 则指出了风轮结构与其性能的关系。 应用风轮风能利用系数CP,风轮功率PR可以通过 下式计算,即 式中:A为风轮扫风面积,m2;w为风速度,m/s;CP 为风轮风能利用系数;为空气密度,kg/m3;PR为风轮 功率,W。 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-13 对应某一叶尖速比,通过叶素理论可计算风能利用系 数CP。重复对不同叶尖速比进行计算,则得出风轮风能利 用系数与叶尖速比的关系曲线,该曲线也称为风轮功率特 性曲线,表达了同一转速下不同风速的风能利用系数,或 者同一风速下不同转速的风能利用系数。 图5-8 某风轮的性能曲线簇 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 如果风轮采用变桨距控制功率输出,那么必须对每一桨 角的风能利用系数曲线进行计算。相应,由不同桨距角的定 桨距风轮的性能曲线构成了变桨距风轮控制的性能曲线簇如 图所示。 图5-8 某风轮的性能曲线簇 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-15 除了风轮输出功率外,风轮的动力矩也是反映风轮性能的 重要参数之一。图示为不同桨距角对应的动力矩性能曲线。风 轮动力矩可以通过力矩系数来计算得到。 式中:CM为风轮的力矩系数;R为风轮半径,m。 图5-9 某风轮的力矩曲线簇 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-16 功率除旋转速度可计算得到力矩,故也可得出以下 关系式,即 功率曲线和力矩曲线是风轮的性能特征曲线。风 轮风能利用系数和曲线形状的不同预示着风轮结构的 不同,影响CP的主要参数有风轮结构、风轮叶片数、 叶片弦长分布、气动性能和叶片扭角等。 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-17 图示为几种典型结构风轮的风能利用系数。由图可知, 现代高速风轮性能较传统风轮具有明显的优势。如美国风车 和荷兰风车的最大风能利用系数只有0.3,而利用气动阻力旋 转的S形风轮则更低,为0.15,现代三叶片水平轴风轮最大风 能利用系数达0.5。 图5-10 不同风轮的风能利用系数 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-18 单叶片升力型风轮的最佳转速较两叶片的更高,最佳叶 尖速比在15左右,但风能利用系数低于两叶片的;类似,两叶 片升力型风轮的最佳转速较三叶片的更高,其最佳叶尖速比在 10左右,风能利用系数则较低;三叶片风轮的最佳叶尖速比为 7左右。 图5-10 不同风轮的风能利用系数 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-19 图示了5种典型风轮结构的力矩系数。由图可知,旋转速度 越快,风轮力矩越小。相反,转速越低的多叶片风轮,则力矩 越大。对于叶片实度较低、叶片数较小的风轮,其力矩较小。 两叶片风轮的起动力矩较小,因而很难起动,除非将风轮桨角 调整到理想位置。 因此,从设计风轮的用途可大致确定风轮叶片数的范围。 若用于乡村和偏远山区的提水或热,则可用叶尖速比较小的低 速风轮,才能满足力矩要求。同样,对于当地年均风速不高的 风资源,采用起动较好,叶尖速比较低的风轮较为合适。 图5-11 不同结构风轮的动力矩 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-20 5-3 风轮设计参数 叶片数是风轮最显著的外形特征。 图示了叶片数对风轮风能利用系数的影响。随着风轮叶片 数的增加,最大风能利用系数增大,但增加率减少。从一个叶 片增加到两个叶片,风能利用系数增加了10%;从两个叶片到 3个叶片,风能利用系数增加了3%4%;3个叶片到4个叶片 增加了2%-3%,说明增加的幅度降低。 一、风轮叶片数 图5-12 叶片数对风能利用系数的影响 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-21 理论上讲,风能利用系数随着叶片数增加会继续增加 。但有许多风轮,如美国风轮,呈现出下降的趋势。这是 因为在叶片密实度非常高的情况下,气体流动条件非常复 杂,无法利用理论模型概念加以解释。 由图可知,随着风轮叶片数的增加,最佳叶尖速比在 减小。如3叶片风轮最佳叶尖速比为78,两叶片最佳叶尖 速比为10,一叶片风轮的最佳叶尖速比为15。 现代风力机叶片数较少,通常为两个或者3个。这是 因为,通常因叶片数增加而额外产生的能量和电量,不足 以抵消风轮叶片的额外成本。 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-22 1)转速越高,叶片数越少。高转速可使齿轮箱的转速比 减小,降低齿轮箱的费用。 2)减少风轮叶片的数量,则可以降低风轮的成本。 3)叶片叶素的弦长t与叶片数z成反比。 4)风轮转动质量的动平衡,振动控制的难易,风轮运转 噪声的大小。 3叶片风轮的叶片成120夹角,转子的动平衡比较简单 。3叶片的质量对风轮塔架轴线成均匀对称分布,该质量 分布与叶片在叶轮旋转时所处的角度无关。因而,在风轮 塔架轴线上具有较好的动平衡性,对风轮的运转不产生干扰 。 叶片选择需要考虑以下几个因素: 主编及制作:刘赟主编及制作:刘赟 风力发电原理风力发电原理 P131-23 从成本而言,12个叶片比较合适。但两叶片风轮的 叶片对风轮塔架轴线的质量矩在叶轮整个旋转过程中是 变化的,这种变化与叶片所处位置有关。 当叶片在竖直位置时,对风轮塔架轴线的质量矩最 小;当叶片转到水平位置时,质量矩相对塔架平行且很大 ,风轮会产生干扰力。 与3叶片风轮相比,2叶片风轮更容易偏离正常风向和 产生摇摆运动,且当叶片上下的起动力不平衡,或受

注意事项

本文(风力发电原理第五章综述)为本站会员(最****)主动上传,金锄头文库仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即阅读金锄头文库的“版权提示”【网址:https://www.jinchutou.com/h-59.html】,按提示上传提交保证函及证明材料,经审查核实后我们立即给予删除!

温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载不扣分。




关于金锄头网 - 版权申诉 - 免责声明 - 诚邀英才 - 联系我们
手机版 | 川公网安备 51140202000112号 | 经营许可证(蜀ICP备13022795号)
©2008-2016 by Sichuan Goldhoe Inc. All Rights Reserved.