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

风力发电原理第五章综述

90页
  • 卖家[上传人]:最****
  • 文档编号:118357381
  • 上传时间:2019-12-14
  • 文档格式:PPT
  • 文档大小:2.66MB
  • / 90 举报 版权申诉 马上下载
  • 文本预览
  • 下载提示
  • 常见问题
    • 1、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

      2、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

      3、,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

      4、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

      5、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

      6、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

      7、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

      8、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

      9、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

      《风力发电原理第五章综述》由会员最****分享,可在线阅读,更多相关《风力发电原理第五章综述》请在金锄头文库上搜索。

      点击阅读更多内容
    最新标签
    发车时刻表 长途客运 入党志愿书填写模板精品 庆祝建党101周年多体裁诗歌朗诵素材汇编10篇唯一微庆祝 智能家居系统本科论文 心得感悟 雁楠中学 20230513224122 2022 公安主题党日 部编版四年级第三单元综合性学习课件 机关事务中心2022年全面依法治区工作总结及来年工作安排 入党积极分子自我推荐 世界水日ppt 关于构建更高水平的全民健身公共服务体系的意见 空气单元分析 哈里德课件 2022年乡村振兴驻村工作计划 空气教材分析 五年级下册科学教材分析 退役军人事务局季度工作总结 集装箱房合同 2021年财务报表 2022年继续教育公需课 2022年公需课 2022年日历每月一张 名词性从句在写作中的应用 局域网技术与局域网组建 施工网格 薪资体系 运维实施方案 硫酸安全技术 柔韧训练 既有居住建筑节能改造技术规程 建筑工地疫情防控 大型工程技术风险 磷酸二氢钾 2022年小学三年级语文下册教学总结例文 少儿美术-小花 2022年环保倡议书模板六篇 2022年监理辞职报告精选 2022年畅想未来记叙文精品 企业信息化建设与管理课程实验指导书范本 草房子读后感-第1篇 小数乘整数教学PPT课件人教版五年级数学上册 2022年教师个人工作计划范本-工作计划 国学小名士经典诵读电视大赛观后感诵读经典传承美德 医疗质量管理制度 2 2022年小学体育教师学期工作总结 2022年家长会心得体会集合15篇
    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.