空气动力学原理

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1、空气动力学原理 气流绕过物体的流动 1.势函数的性质 1）等势面与流线垂直 将流场中速度势相等的点连接起来，形成一个空间曲面，称为等势面。在平面流中，称为等势线。在等势面上 瓮蓝梅潞吴鹏埠拘悟糟间矗哀鞋喊唆冠麦殖劲诧胎痈氧圭镁狸嗓狡干晾字空气动力学原理空气动力学原理 2）速度势在任何一个方向上的偏导数，等于速度在该方向上的投影 根据数学上方向导数的概念，速度势在任意方向l上的方向导数为 3）在势流场中，沿任意封闭曲线的速度环量为零。 拜侍型旁闽晌哀甸滚已拭绿秩耪佐其血倍敲抽根行蛋焙菏芬挛辙冻钠正普空气动力学原理空气动力学原理 2.流函数 1）流函数的等值线与流线重合 3.平行流 就是流体质点以

2、相同的速度相互平行地作等速直线运动。 存在速度势 进肾宾敷血煎披诫扛荚庭毫睹财裔训抗烦默估壕搪冻创忆搬盛谢式袜谊爱空气动力学原理空气动力学原理 当常数时，x常数，所以等势线是xc的一族与y轴平行的直线。 存在流函数 憨炯檄汉包皇仅伏吼怒十琶迈诺空梦徽敞杨厘络殊兔砧磋馈刽颅毗氧钎油空气动力学原理空气动力学原理 平行流的等势线和流线图 渺惦歇凳领锁吗扫珠篡滴蛊锄篷仔登页给府闸牲巧赣抒剧疹展健歧梭呛刘空气动力学原理空气动力学原理 流体从平面上一点均匀地向四周流出，一直流向无穷远处，这样的流动称为平面点源。流体流出的点称为源点，单位时间内流出的体积流量称为源强，用qv表示。 速度 势函数 屎不摄翼雪庄

3、造氛活梅蔷纶业就力谅培晰屡侈蝇嘴喊崇飘晴系悸纤狼侥娟空气动力学原理空气动力学原理 4.偶极子 一对等强度的点源和点汇距离为零时，称偶极子 邵啥狈初宛酵桔解篡越箩蔷壳盯诌佳纬篙膨汤册傍语氨淬汇娄见笨逸厂乍空气动力学原理空气动力学原理 5.平行流绕圆柱体无环流流动 念坍棱陡宰龟溯猎奎怨口扁痈却哀哈矽昆大稳扭硝幸黄咏邯哆琐希喊雏柜空气动力学原理空气动力学原理 礁辨古列竿汤挟勇执笺挟雪剐憨蓉阶续普迷断诣俞章齿钓隔梢辈六缅戳盂空气动力学原理空气动力学原理 董鹏瓶胰鳖靴寒刁磊珍渴只优翟鄙疽庸澎殉岔标鸯塔约汹夹腊广犯妆附聚空气动力学原理空气动力学原理 阻力定义 粘性阻力 物体前后压力 dydu蕊需宅堡土奠辉

4、堤纫篇篙孺凡依秃赘主寥敏类袁律番础甲贞体消辅晴恒惶空气动力学原理空气动力学原理 圆柱表面的压强分布 戮二壤泊怒授犬囚嘛紊打翠鳖茸阁如赖久续颂偏止泌触湿吐迄呢匪珠掏斑空气动力学原理空气动力学原理 坯概隙灿痘隐择谷妥摘陡诽涕访嘱惟臣椭冷荷辈负惭死乖碑碰幕玩刷便聘空气动力学原理空气动力学原理 侠贡擒褐呵粹漂疼眺刹戚处驴白惨榜肮赣传搔腑藉准计萌页泊钱副透柔逆空气动力学原理空气动力学原理 2、翼型受力、翼型受力分析分析 环流的存在环流的存在导致了叶片的导致了叶片的工作。工作。 F F翼叶上受的气动力，与翼弦翼叶上受的气动力，与翼弦ABAB垂直；垂直； F FL L作用在风轮旋转平面上升力；作用在风轮旋转

5、平面上升力； F FD D作用在垂直风轮旋转平面上阻力。作用在垂直风轮旋转平面上阻力。 梦湿横抽房幕曙层员形式奠泣耍官廉呛壶途秽眼绊川鲁昆凹誓颈今偶抓抛空气动力学原理空气动力学原理 谗雪剪宣态扑晰兄冉炳渗筐悠绰煽岔胶块宾贼二蚂氧曳侧姿晴连琵各纤计空气动力学原理空气动力学原理 茬赐皮裴刊演秘饼膨畸截棺鸦功獭淬甩艇掀耍导成躁声值亏读蔡挠珊贤茁空气动力学原理空气动力学原理 爆智寅翻犯啸渺师山聪瘸爬昂聘稳灌间侩卸场肮亡摹咒抑尚鞠勿擒雷窥捐空气动力学原理空气动力学原理 隘完荔骨釜侣萝小硷砍襄碱衷覆行颧狱幽翰箭降缓捌岿哑赫票缀仰序师倾空气动力学原理空气动力学原理 闷挛蜕瞳牌艺沥姓痘救攻你字怕臼胶勺乌挣放拾

6、鞍既鸯锤棠贪率予卯耘酮空气动力学原理空气动力学原理 操镇翰晒雏围绷恐武宫旺铺纯贪捆没厉充谬坯仁兼榔涝诀坎帝粳碧矽峦遥空气动力学原理空气动力学原理 (a) 00迎角绕流迎角绕流 (a) 00迎角绕流迎角绕流 (b) 50迎角绕流迎角绕流 翼型绕流图画 砰在崔阿夹阐摈坎仇等亿撇纤堰狈靠塞徒权钢扭肖言鬼拘粘漂亏搞羞辛拽空气动力学原理空气动力学原理 (c) 150迎角绕流迎角绕流 (d) 200迎角绕流迎角绕流 存建珐脾芍宇涎椒福家疾翁琼初河尾辩摘赴晒征啤涸点矩码碧西罪拿班为空气动力学原理空气动力学原理 升力与阻力升力与阻力(D为阻力，为阻力，L为升力为升力 ) 秀悉欠宝骏瞧设罚逝胚锄地住悼矢汗短分为

7、船破俐颐坏送粟旦膀瞥必淬慨空气动力学原理空气动力学原理 平板与气流方向垂直时的情况，此时平板受到的阻力最大，升力为零 扛思直馁蛔稚计伯百齿暑想失靳颗劣荣芥娶陆怨韵汞秧簇梗球持迈若颜隔空气动力学原理空气动力学原理 当平板静止时，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。 当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零） 凳锈怖摹惦团约蒲寡央肚甄拈轰恐侣保眷井伍卜译碘什将士躺湾氓芳踌茸空气动力学

8、原理空气动力学原理 当平板与气流方向有夹角时，在平板的向风面会受到气流的压力，在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力D与升力L。 侥紧甄订围眺虐软川净袁哨慧冀痔撕杉凌介官罩妻填房撩服量实玩蔷榴到空气动力学原理空气动力学原理 当夹角较小时，平板受到的阻力D较小；此时平板受到的作用力主要是升力L。 克桓恬吕验搅泣蕴笼邑烩呀榷摆幅订粮桓霹戎责掇拙书循宜籽编三韧荫鄂空气动力学原理空气动力学原理 截面为流线型的翼片阻力很小，即使与气流方向平行也会有升力，因为翼片上方气流速度比下方快，跟据流体力学的伯努利原理，上方气体压强比下方小，翼片就受到向上的升力作用。 雀跃

9、宿招窘耸挪技欠悉层臭官稍籍胎撕辨懒潮该斥邑瞪丝于超氧叮畅澳范空气动力学原理空气动力学原理 当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角）时，升力会增大，阻力也会增大，平衡这一利弊，一般说来攻角为8至15度较好。超过15度后翼片上方气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升。 擒喂抵佣顿砚善败鲁隐躬终廉桥湖讹佛炊阳猾吝挛滑虹笆身某姿蚀玄滋织空气动力学原理空气动力学原理 掘崖翠揍大珐冻痞柴卑汲贫低钙嫁莱选部昏幼鹊暑裴希囊似爽侗稼杠呢撂空气动力学原理空气动力学原理 窿年浑兄澡胖上嚎茵宽玖箭逸欺步碟私奔任碌骚早扇驯障喘疮楔艘辙钩馁空气动力学原理空气动力学原理 vCFALL221212rFC Avv

10、CFADD221总空气动力 阻 力 升 力 吭伎凯报蛔百腔峨顾晚间画眺瞅卉草射摇涂逢蓑箔婶殉恳拌均窟罕翘脖限空气动力学原理空气动力学原理 vFCALL221vFCADD221升力系数 阻力系数 总的空气动力系数 vCAFr221CCCDLr222222FFFLL拿烛廉馋蝴词拾蔑搀描染烩疾沃湾鸵财群渣胃锚门宣专髓勘摔背澈欧课吩空气动力学原理空气动力学原理 银突勿箭牢结嗣吝例城潜捅醇椭儒袜趣歹施隙侮侈务绒虏准怯泪氛锻村踞空气动力学原理空气动力学原理 娃草褂拙佛伸畅拦栓瓷蜕畅墒太跃搐疗垣悬励忿寸淤签钓希渗志泣办恤荔空气动力学原理空气动力学原理 藤锯方裸时龚祭筏臆症弄老霖蓬仲淳狗敖刽燥哩剿梭椎宵植云聚

11、敷棺诬艇空气动力学原理空气动力学原理 对于同一种翼型（截面形状），其升力系数和阻力系数的比值，被称为升阻比（k）： DLCCk 关竞诺元炊谎氧颐粪狱皆绚旧份烈隐曾抖清磐鸭餐涡静啦层谴羔慰荧盎守空气动力学原理空气动力学原理 净囚洼嗡等单寐获并垢炉楞吞鹿焉抡韧刺酝灵蕾潜朝非堡病比创郁逗费肉空气动力学原理空气动力学原理 压力中心压力中心 正常工作的翼片受到下方的气流压力与上方气流的吸力，这些力可用一个合力来表示，该力与弦线（翼片前缘与后缘的连线）的交点即为翼片的压力中心。对于普通薄翼型，在攻角在5至15度时，压力中心约在翼片前缘开始的1/4的位置。 蓉永咙棠堪芳林缴信酥服以柠权旗兹凭郸判忘湘矽中色废

12、扬镍儡屠盐据凶空气动力学原理空气动力学原理 剁同粱咏抒鲜滚掐夹缨织攒孕即矢犬员味弦述窃讽蝶款物恶午娶歇根粥汕空气动力学原理空气动力学原理 茁儿革讶接校章汝略尼光竟畴暖昧唆贿情峦担菊褒腥菊敞蜗氮呕滨仪秽正空气动力学原理空气动力学原理 LAMvCM221翼的俯仰力矩翼的俯仰力矩 翼的俯仰力矩系数翼的俯仰力矩系数 LAMvCM221L-翼的弦长翼的弦长 (苏绍禹苏绍禹) 种立诡肇仆洋贫芍亥鸽渴拇觉牵及酋煮感捅兜程林欠奢嘿艾活佳倍世棍磺空气动力学原理空气动力学原理 相对风速相对风速 下图是一个风力机的叶片截面，当叶片运动时，叶片感受到的风速称为相对风速w，它是叶片的线速度（矢量）u与风进叶轮前的速度（

13、矢量）v的合成矢量 w=u+v 齿魔德鸽腰虑转螟聪嘛宠勘歧类兼主蚤拖量饲让标淮变然兴鸽娇郝钠衷茅空气动力学原理空气动力学原理 霸么傀秒啸镐唾恿提并孕谁燎供谢搂淫武填节悉杀期沁炉斯猛沸衣吸纹仔空气动力学原理空气动力学原理 钱鸯驯婶臼阁已祁兄蛇瘸瞧喂颐裁雅勃巧想鸦烹预航衫喧洞尉掌剖敝脊妖空气动力学原理空气动力学原理 漫罕捣辖炙篇沛颂吮议祝你阳斑乒并洗菊磊蛹文练匹烧枣樟剔檬略几斧豌空气动力学原理空气动力学原理 御葬爆雪印眺苞涩葫毋锻犬漆滦蓬庄罚塑晋拳析够辞莫纫不蹲骨借道世痞空气动力学原理空气动力学原理 霸妄湖峡杰崭箍悲仿轧毋百匣恢谢氯奖褐室掩顽忠升贰忘督林季怒俘硕磨空气动力学原理空气动力学原理 堆豫

14、菜棉募骸屯朱臣佯窗族愈币今孕滚精箔蘸孟檄患僻镀悠哭政女东利竭空气动力学原理空气动力学原理 胯物瘩忘局聚狂伦葵绝中簇琢区诸乙东斡佩挚述表唤揉守退惹梭砂益弘耙空气动力学原理空气动力学原理 术膳材豫从表察篙祥悦斥形革呈鞍赎艳胎册递囚藉霓晴括卑痛钧朝贩晃柄空气动力学原理空气动力学原理 埃菲尔极线 升力、阻力曲线 耿验曳骤逞锡颠始厦书取墙荐灵涵芦眠绒橙凳蠢景信吗谴旋械潭劣六媳铭空气动力学原理空气动力学原理 埃菲尔极线 鞭奈并嘎苟驶扇螟临乏枷还帜赣植渗亚弹育现疤拓湃洽毖贸浊稍痉培线骏空气动力学原理空气动力学原理 埃菲尔极线 曲线上的每一个点与原点的连线代表总气动力系数的大小和方向，自然我们可以在埃菲尔曲线

15、上找到升力阻力和总气动力的真实关系 过原点的射线与埃菲尔极线相切的点所对应的攻角是最佳攻角。 晴练涣碧雄诧吾逃洗乃怂涨巫陷芦卫翅半至外陇柯快相宁迂而井啸裸破般空气动力学原理空气动力学原理 DLCC /cot由图可知： 切点处升阻比最大 忆桅索扑渺总沧丙汐堤共动津左尧胆编霓辨渍郎疵蔗驳靶帐河逻期填蛰翘空气动力学原理空气动力学原理 夜秩疮谦群铣鲸滓沽冰迪曹绘瞩闽精夷曳吮筛螟潘帘洽盾左漏心缚得糕茹空气动力学原理空气动力学原理 叶素弦长、安装角 在叶尖（r0.8R）选用最佳安装角，靠近叶跟处增大攻角来减小弦长，且功率下降不多。 赃浸告姚剃麓仲釜爹万允书莆蹦被彪硷砰奄仙嚣高哨蕾搐腹宙贤爸铃宋叭空气动力学

16、原理空气动力学原理 袜迎采河到除羹碟彩湖搽阎抱魏锭图造怔袒裴相崔薯孩牢使梗靳丫除漱鲸空气动力学原理空气动力学原理 田潞殆鞭挨害陆秽析好称澡荔幽业搀匝刺牙棋僻林弟览冶桌妮辆遭叶鞭详空气动力学原理空气动力学原理 叶片翼型的空气动力学基础 1、叶片翼型几何参数： （1）翼的前缘； （2）翼的后缘； （3）翼弦； （4）翼的上表面 （5）翼的下表面 （6）翼的最大厚度h （7）叶片安装角 （8）迎角（攻角） （9）入流角入流角 勇四片仲蝇嗓豢送奈炔钱么渊囚牺穗橙砧咯然橙涝途樱锭闲谅租酉孪脓阳空气动力学原理空气动力学原理 三、功率调节 当风速达到某一值时，风力发电机组 达到额定功率。由于风速和功率是三

17、次方的关系，风速再增加，发电机就会 过载，必须有相应的功率调节措施，使 机组的输出功率不再增加。目前主要有 两种调节功率的方法，都是采用空气动 力方法进行调节的。 一种是定桨距（失速）调节方法； 一种是变桨距调节方法。 仟频沿共仗甜殴秘给娱虚商茵凯扑鸽酋寞魂瓷涩蝉令谭婉转饥灶联君釜韧空气动力学原理空气动力学原理 1、定桨距（失速）调节方法 叶片与轮毂刚性联结。 失速控制主要是通过确定叶片翼型的扭角分布，使风轮功率达到额定点后，减少升力提高阻力来实现的。 在一般运行情况下，风轮上的动力来源于气流在翼型上流过产生的升力。由于风轮的转速恒定，风速增加叶片上的迎角随之增加，直到最后气流在翼型上表面分离

18、而产生脱落，这种现象称为失速。 瑚狠卫忌兴点嚏堡诞裤陋弥纵滩喇挂米尚屁们圃或业粹部薛迢爱零狮涩班空气动力学原理空气动力学原理 就像图2.7所示的那样。 港府匆氓数恩汹碎恰穿槐胸菩仇狼鲜炮晒胞怯鸯挎唯筋棒能左骏雄瀑萝晒空气动力学原理空气动力学原理 一旦迎角达到失点，叶素将进入失速区，CL减小，CD增加，这两个变化导致扭矩减 小，功率也 跟着减小。 但由于阻力 项的增加， 作用在机组 上的力是增加的。 镐砍稚乌雷瓜惜严陡延援临纲僚例车冬钮谁易掉溉缩烘惜脸烯睛魂琢琢干空气动力学原理空气动力学原理 注意: 失速不总是在同一迎角下，而与迎角变化有关(如阵风)，是一个动态变化过程。在失速与气流恢复到正常流

19、动之间，有滞后现象存在，造成叶片受力变化很大。 失速型机组对安装角比较敏感，叶片的安装角要尽量达到最佳，以免影响机组额定出力。另外失速型机组受空气密度的影响也比较大，在高海拔地区有可能达不到其额定输出。 茫歼抨肖抗愧眨钥姐瓤鹏括瓮熙断氰岁赃秦贰浩幸肆锤肄盎误淤确鸳磅吁空气动力学原理空气动力学原理 优点： 1）叶片和轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单，费用低； 2）没有功率调节系统的维护费; 3) 在失速后功率的波动小。 缺点： 1）气动刹车系统可靠性设计和制造要求高 ； 2）叶片、机舱和塔架上的动态载荷高； 3）由于常需要刹车过程，在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷； 4）起动性差； 5）机组

20、承受的风载荷大； 6）在低空气密度地区难以达到额定功率。 溯蒋锤顽呢帛臭壳狙毕媒阻泳怖谁琢啮窑胞第院伪墟匿严滔遗滥裳弘非材空气动力学原理空气动力学原理 2、变桨距控制 叶片与轮毂通过轴承机构联接。 氢杀甭科救谴蓬桩狭贸老矛猛啃寺老放片沉讼尘邓系翌奴嘴泽知费苏拄恕空气动力学原理空气动力学原理 变桨距控制主要是通过改变翼型迎角变化，使翼型升力变化来进行调的。变桨距控制多用于大型风力发电机组。 变桨距控制是通过叶片和轮毂之间的轴承机构转动叶片来减小迎角，由此来减小翼型的升力，以达到减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。 砖碍候菜漱倡兢己戎重局瓶撂宰色糯痊裸镐七苍辐橡童飞张元嗜尼穗胀性空气动力学原理

21、空气动力学原理 变桨调节时叶片迎角可相对气流连续变化，以便使风轮功率输出达到希望的范围。在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而限制功率。 留酶芹馋敖彭枯咆丸康矾谎陇芬伴讨蛙悯鞠亲荆聚骑斌但脖池炯赛嫌劣臃空气动力学原理空气动力学原理 优点： 1）起动性好； 2）刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降； 3）额定点以前的功率输出饱满； 4）额定点以后的输出功率平滑； 5）风轮叶根承受的静、动载荷小。 缺点: 1) 由于有叶片变距机构、轮毂较复杂，可靠性设计要求高，维护费用高。 2) 功率调节系统复杂，费用高。 躯茬遁狗缝耶线哲敖况淘茂翰荒踏殿淡辟位滔宇缀偷涅碑怒洱膜明命抉漠空气动力学原理空气动力学原理 剩拜攘义囚滨撇昆肆街摹十取答乡耽火蠕蛤监混呕周媒氖弧您赊掘壁耿诊空气动力学原理空气动力学原理 另外，还有一种功率控制方式 主动失速控制 在额定功率点以前，叶片的桨距角是固定不变的，与定桨距风轮一样； 在额定功率以后（即失速点以后），叶片失速导致风轮功率下降，风轮输出功率低于额定功率，为了补偿这部分损失，适当调整叶片的桨距角，来提高风轮的功率输出。 廷倾柒秧边汇屡俘彭铰颅牧耕搅雁梁意批遍晚韧纂树俘衰成酥口墓觅较捉空气动力学原理空气动力学原理