风力发电机的叶片结构设计(2)

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3.9.2 风力机叶片机构设计 23

3.10 部分翼型典型流速和压力分析 25

3.10.1 对NACA4412和FFA-W3-211的压力分析 25

3.10.2 小型风力发电机叶片的静载实验方案 25

4 风轮的设计 28

4.1 相关概念 28

4.2 翼形的选择 29

4.3 不同攻角下对升阻力的影响 31

4.3.1 不同攻角下的流线图 31

4.3.2 湍流模型和壁面函数的影响 31

5 创新叶片设计 35

6 结论 44

感谢语 45

参考文献 46

引言当前火力发电仍然是主要的发电方式，其高污染高能耗正一步步吞噬着地球脆弱的生态环境，地球急需一种环保高效的可再生能源来替代火力发电。风力发电不像火力发电那样需要大量的煤炭、水力发电那样需要建造巨大的水库，也不像核电那样需要消耗铀，它不需要燃料就可以源源不断地产生能源，建好之后除了日常的维护费用外几乎不需要其他费用支持。风力发电的用法很多，既可以离网使用也可以并网使用，还可以跟太阳能一起使用，也可以单独构成大型风力发电厂。风力机的种类五花八门，设计思路千奇百怪，充分发挥了人类丰富的想象力和创造力。风力机的分类主要有两种，一种是按轴的方向分为水平轴风力机和垂直轴风力机；另一种是按驱动方式分为升力型风力机和阻力型风力机。虽然目前世界各地的大部分风场所用的都是水平轴风力机。但是由于垂直轴风力机，有着优秀的空气动力性能，比起水平轴风力机来说具有更高的效率和风能利用率。并且很大程度的降低了造价，所以近年来越来越多的研究人员关注垂直轴风力机。垂直轴风力机的旋转半径可以小至一两米，也可以大到数十米，发电风速范围比较广。风力发电机的风轮是接受风能的最主要部件,优越的性能、良好的设计和可靠的质量是保证风力发电机组正常稳定运行的决定因素。叶片是风力发电机中风轮的最基础、最关键的部件,所以叶片结构性能设计的好与不好,直接决定了风力发电机的风能利用率，制造成本，寿命，噪音等各方面的优劣。

1 风能发展概况

安全、稳定、可靠、清洁的能源供应是人类文明、经济发展和社会进步的保证。煤炭、石油和天然气等化石能源支持了19世纪和20世纪近 200年的人类文明的进步和发展。然而随着化石燃料的大量使用，不仅仅让所有人类面临着资源枯竭的压力，同时也感受到了环境恶化的威胁。21世纪是科技不断发展进步，经济和社会快速发展的世纪，也将是人类从旧能源时代向具有持续利用能力的新能源时代过渡，飞速发展成一个人类大量开发使用新能源的世纪。

风能源是近期内技术逐渐成熟，并具有大规模发展潜力的可再生能源，在不远的未来有可能成为世界最重要的新能源之一。根据科学家的计算，地球上所收到的太阳辐射能中大约有2%会转化成风能。风力发电可以有效利用的风速范围为3-20m/s，最适宜的风速范围是6-8m/s，地球上蕴有风能约为2.74万亿KW，可利用的风能约为200亿KW，装机容量可达10TW，每年可发出电力13PWh[1]。地球上的风能资源远远超过地球上的水能资源，是地球上水能资源的整整10倍，然后人类现已经利用的风能还不到千分之一。从技术上来说，全球风能资源是预期中所有人类所需电力的2倍，换句话说，只要人类利用好地球上一半的风能资源，就能满足全球人类的能源需求。