风力机叶片s832.docx
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风力机叶片s832
课程设计(综合实验)报告
(2013--2014年度第一学期)
名称:
风力机空气动力学
题目:
风力机叶片设计与制作
院系:
可再生能源学院
班级:
风能1101班
学号:
1111540127
学生姓名:
张强
指导教师:
张惠
设计周数:
一周
成绩:
日期:
2014.1.6------2014.1.12
一、目的与要求
本次课程设计的主要目的:
1.掌握动量叶素理论设计风力机叶片的原理和方法
2.熟悉工程中绘图软件及办公软件的操作
3.掌握科研报告的撰写方法
本次课程设计的主要要求:
1.要求独立完成叶片设计参数的确定,每人提供一份课程报告
2.每小组提供一个手工制作的风力机叶片
二、主要内容
设计并制作一个风力机叶片
1.原始数据
三叶片风力机功率P=6.03KW
来流风速7m/s
风轮转速72rpm
风力机功率系数Cp=0.43
传动效率为0.92
发电机效率为0.95
空气密度为1.225kg/m3
2.采用S832风力机翼型,翼型的气动数据(升力系数,阻力系数,俯仰力矩系数)已知。
3.设计任务
2.1风力机叶片设计:
根据动量叶素理论对各个不同展向截面的弦长和扭角进行计算,按比例画出弦长、扭角随叶高的分布。
2.2根据以上计算结果手工制作风力机叶片,给出简单的制作说明。
三、进度计划
序号
设计(实验)内容
完成时间
备注
1
叶片参数的计算
3天
2
叶片制作
1天
3
报告撰写
1天
4
课程设计答辩
半天
四、数据计算
选用翼型s832
(一)叶片半径的计算:
由风力发电机输出功率:
得,叶片直径:
叶片半径:
(二)叶尖速比的计算:
整个叶片的叶尖速比:
半径r处的叶尖速比:
①
设计中取9处截面,分别是叶片半径的15%处,叶片半径的20%处,叶片半径的30%处,叶片半径的40%处,叶片半径的50%处,叶片半径的60%处,叶片半径的70%处,叶片半径的80%处,叶片半径的90%处,则由式①得到各截面处的叶尖速比分别为:
(三)各截面处翼型弦长:
确定每个剖面的形状参数N:
可根据公式:
求得:
由弦长计算公式:
并由表1查得最大升力系数
=1.45,风机叶片数B=3,再将各截面处的叶尖速比代入式得
叶片半径15%截面处弦长:
=1.148113
叶片半径20%截面处弦长:
=0.951044
叶片半径30%截面处弦长:
=0.690567
叶片半径40%截面处弦长:
叶片半径50%截面处弦长:
叶片半径60%截面处弦长:
叶片半径70%截面处弦长:
叶片半径80%截面处弦长:
叶片半径90%截面处弦长:
(四)各截面处翼型的扭角:
图1
由图1知各截面处的扭角:
其中
为各截面处的入流角,
为翼型临界攻角,且由表2-1查得最大升力系数对应的攻角为=5°,即为翼型临界攻角
根据相关关系式就可以通过迭代方法求得轴向诱导因子a和周向诱导因子b,迭代步骤如下:
假设a和b的初值,一般可取0;
(2)计算入流角;
(3)计算迎角=-;
(4)根据翼型空气动力特性曲线得到叶素的升力系数Cl和阻力系数Cd;
(5)计算叶素的法向力系数Cn和切向力系数Ct
(6)计算a和b的新值
(7)比较新计算的a和b值与上一次的a和b值,如果误差小于设定的误差值(一般可取0.001),则迭代终止;否则,再回到
(2)继续迭代。
其中,F为普朗特叶尖损失修正因子,且
由以上迭代公式得到计算程序(见附录),并由程序计算得到个界面处的入流角:
因为根部有轮毂,故从15%处开始计算扭角
叶片半径的15%截面处扭角:
=30.0669°
叶片半径的20%截面处扭角:
=27.3216°
叶片半径的30%截面处扭角:
=20.7676°
叶片半径的40%截面处扭角:
=15.8378°
叶片半径的50%截面处扭角:
=12.3538°
叶片半径的60%截面处扭角
=9.8138°
叶片半径的70%截面处扭角:
=7.8657°
叶片半径的80%截面处扭角:
=6.2398°
叶片半径的90%截面处扭角:
=4.5121°
(8)叶片制作
1.选取比例1:
5
2.在坐标纸上以前缘点为原点建立弦长为横坐标,厚度为纵坐标的坐标系,安比例缩s918的翼型(见附录)给定数值,描点并连线得到八个截面的翼型;
3.将连好形状的坐标纸贴在硬纸板上,沿线剪下;
4.在各截面1/4处确定为转轴的位置;
5.扭角的固定:
将翼型截面转至相应的扭角位置,画一条直线,在直线上选取两点挖点并以两根铁丝将翼型穿起,形成骨架;
6.外形生成:
将纸裁成条后,沿支架贴于表面,形成叶片。
一、
二、
三、
四、
五、总结
当我们完工的那一瞬间,我感到了一种成就感,即使不是最完美的,但是我终于理解了那些付出后得到结果那种幸福。
当然除了这以外,我们对风机叶片的知识理解加深了,对手工艺品制作的动手能力增强了,同组人之间的默契与了解得以深入,我收获了很多,觉得这个课程设计很充实,很有意义,在初期计算应用的c语言,中期绘图是运用的cad软件绘图,在后期制作时候的具体动手能力,这一切都让我们成长。
所以,当我做完一件事再回想起来,总结到的东西就是成长。
这次也是如此,我深刻明白了做事情需要逻辑的严谨和事情顺序的重要性。
正所谓人生如棋局,深谋远虑者胜。
严密的前期思考,辛勤的中期劳作,深入的后期总结,这就是收获与成长。
一、
二、
三、
四、
五、
六、参考文献
张果宇,冯卫民,刘长陆,俞剑锋,风力发电机叶片设计与气动性能仿真研究,能源研究与利用,EnergyResearch&Utilization,2009年01期
DesignofaTaperedandTwistedBladefortheNRELCombinedExperimentRotorMarch1998–March1999P.GiguèreandM.S.SeligDepartmentofAeronauticalandAstronauticalEngineeringUniversityofIllinoisatUrbana-ChampaignUrbana,Illinois
贺德馨等著,风力机空气动力学---风力发电技术系列教材
附录
1.程序:
#include
#include
#defineR4.932
#defineW7.536
main()
{doublea,b,a1,b1,a2,b2,f,f1,f2,h1,h2,h3,x,Cl,Cd,d[9]={0.15,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9},Cn,Ct,c[9]={1.148113,0.951044,0.690567,0.535684,0.435637,0.366366,0.315790,0.277331,0.247141};
inti;
Cl=0.9440;
Cd=0.01980;
for(i=0;i<9;i++)
{a2=b2=0;
do
{a1=a2;
b1=b2;
x=atan((1-a1)*7.0/(1+b1)/W/d[i]/R);
f1=sin(x);
f2=cos(x);
f=2.0/3.14*acos(exp(-1.5*(R-R*d[i])/R/d[i]/f1));
Cn=Cl*f2+Cd*f1;
Ct=Cl*f1-Cd*f2;
h1=3.0*c[i]/2.0/3.14/d[i]/R;
h2=h1*Cn/4.0/f/f1/f1;
h3=h1*Ct/4.0/f/f1/f2;
a2=h2/(1.0+h2);
b2=h3/(1.0-h3);
a=fabs(a1-a2);
b=fabs(b1-b2);
}while((a>=0.001)||(b>=0.001));
printf("%f展长处的迎角,a,b分别为%f,%f,%f\n",d[i],x,a1,b1);
}
}
运行输出结果:
2.气动数据
表1
攻角
升力
阻力
俯仰力矩
Cl
Cd
Cm
Cl/Cd
-5
7.45588
3.1744
-11.5394
0.075960112
0.03234062
-0.117562799
2.34875252
0
51.5927
1.42164
-11.1439
0.525623706
0.01448359
-0.113533465
36.2909738
5
97.6275
2.03219
-10.9104
0.99462382
0.02070384
-0.11115458
48.0405375
10
126.331
3.87906
-9.54726
1.287053564
0.03951966
-0.097266981
32.5674261
12
134.4
5.0816
-8.96831
1.369260111
0.05177107
-0.091368669
26.4483627
14
138.986
6.74806
-8.54248
1.415982037
0.06874888
-0.087030336
20.5964381
16
142.104
8.88485
-8.42638
1.447748056
0.09051838
-0.085847515
15.9939673
20
137.17
15.4596
-9.26024
1.397480724
0.15750159
-0.094342837
8.87280395
攻角-升力系数图
攻角-阻力系数图
S832翼型
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