新闻

其升力系数和 阻力系数的比值

作者:扑克之星6up下载 发布时间:2020-05-20 00:34 点击数:

  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)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 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。 ? 2.流函数 2.流函数 ? 1)流函数的等值线.平行流 ? 就是流体质点以相同的速度相互平行地作 等速直线运动。 ? 存在速度势 ? 当φ=常数时,x=常数,所以等势线是x= =常数时,x=常数,所以等势线是x c的一族与y轴平行的直线。 的一族与y ? 存在流函数 平行流的等势线和流线图 ? 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q 流出的体积流量称为源强,用qv表示。 ? 速度 势函数 ? 4.偶极子 4.偶极子 ? 一对等强度的点源和点汇距离为零时,称 偶极子 ? 5.平行流绕圆柱体无环流流动 5.平行流绕圆柱体无环流流动 ? 阻力定义 ? 粘性阻力 τ ? 物体前后压力 du =? dy ? 圆柱表面的压强分布 2、翼型受力 分析 环流的存在 导致了叶片的 工作。 工作。 F—翼叶上受的气动力,与翼弦AB垂直; 翼叶上受的气动力,与翼弦AB垂直; AB垂直 作用在风轮旋转平面上升力; FL—作用在风轮旋转平面上升力; 作用在垂直风轮旋转平面上阻力。 FD—作用在垂直风轮旋转平面上阻力。 翼型绕流图画 (a) 00迎角绕流 (a) 00迎角绕流 (b) 50迎角绕流 (c) 150迎角绕流 (d) 200迎角绕流 ? 升力与阻力(D为阻力,L为升力 ) 升力与阻力(D为阻力 为阻力, ? 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 ? 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% 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。 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) ? 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 侧向作用力F,该力可分解为阻力D与升力L。 ? 当夹角较小时,平板受到的阻力D较小;此 当夹角较小时,平板受到的阻力D 时平板受到的作用力主要是升力L 时平板受到的作用力主要是升力L。 ? 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。 ? 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 15度较好。超 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 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。 总空气动力 1 2 F = ρ Cr Av 2 升 力 F L 1 2 = ρ C L Av 2 阻 力 F D 1 2 = ρ C D Av 2 升力系数 阻力系数 总的空气动力系数 CL = C C = = 1 2 ρA v F F F L 2 D 2 D 1 2 ρA v ρA v 2 r 1 2 FL2 + FL2 = F 2 C 2 r = CL + CD 2 2 ? 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): CL k= CD ? 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 15度时,压力中心约在 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。 翼片前缘开始的1/4的位置。 翼的俯仰力矩 M = 1 2 ρA v L 2CM 翼的俯仰力矩系数 C L-翼的弦长 翼的弦长 M = M 1 2 ρA v L 2 (苏绍禹 苏绍禹) 苏绍禹 ? 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 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 它是叶片的线速度(矢量)u→与风进叶轮 前的速度(矢量)v→的合成矢量 前的速度(矢量)v ? w→=u→+v→ =u→+v→ 埃菲尔极线 升力、阻力曲线 埃菲尔极线 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。 由图可知: 切点处升阻比最大 cot ε = C L / C D 叶素弦长、安装角 在叶尖(r0.8R)选用最佳安 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。 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; 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 翼的最大厚度h (7)叶片安装角 (8)迎角(攻角) (9)入流角 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 ? 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。 ? 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 失速控制主要是通过确定叶片翼型的扭 角分布,使风率达到额定点后,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 而产生脱落,这种现象称为失速。 ? 就像图2.7所示的那样。 就像图2.7所示的那样。 一旦迎角达到失点,叶素将进入失 速区,C 减小,C 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。 ? ? 注意: 注意: ? 失速不总是在同一迎角下,而与迎角变 化有关(如阵风) 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。 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; )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)机组承受的风载荷大; ? 6)在低空气密度地区难以达到额定功率。 ? ? 2、变桨距控制 叶片与轮毂通过轴承机构联接。 ? 变桨距控制主要是通过改变翼型 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 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, 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 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。 的目的。 ? 变桨调节时叶片迎角可相对气流连续变 化,以便使风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。 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: 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。 ? 另外,还有一种功率控制方式—— 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。


扑克之星6up下载

@SHENZHEN ENERGY Corporation All Rights Reserved.

扑克之星6up下载

冀ICP备15023581号-1