風力機空氣動力學

前言

　　本書的初稿來源于作者．Martin O．L．Hansen教授在丹麥科技大學講授有關(guān)風力機的機械部分的兩門課程的講義。其中一門課程是關(guān)于風力機如何將風中的動能轉(zhuǎn)換成機械軸功率的，而用這種機械軸功率來驅(qū)動發(fā)電機，最終得到電能。這包括使用不同的方法，比如調(diào)槳以及控制轉(zhuǎn)動速度，來控制載荷和風力機的功率輸出。本書中沒有詳細談及如何實際使用電力電子學原理來改變發(fā)電機主軸上的扭矩以控制風輪轉(zhuǎn)速，有興趣的讀者可以參考電動機以及電力電子學方面的教材。有些章節(jié)還描述了風力機結(jié)構(gòu)的最重要的載荷。第1～8章、第10章和第11章一起組成了風力機技術(shù)本科生課程的基礎。已知了風力機的幾何參數(shù)后，利用這些章節(jié)，就可以基于所謂的葉素動量方法（BEM）來編寫一個小的程序，而葉素動量方法則是針對不同的風速、槳距角以及轉(zhuǎn)動速度，實際估計靜態(tài)載荷以及機械功率的。在優(yōu)化過程中這種程序是一個非常有價值的工具，因為優(yōu)化過程中必須針對不同的設計變量多次計算載荷分布，以使一些期望的特性值最大化，比如年發(fā)電量。

內(nèi)容概要

　　風能是一種清潔的可再生能源，風力發(fā)電是風能利用的主要形式，也是目前可再生能源中除水能以外技術(shù)最成熟、最具有規(guī)模化開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。風電技術(shù)是一項多專業(yè)綜合集成的高新技術(shù)，其中空氣動力學是風電技術(shù)重要的理論基礎。由丹麥科技大學機械工程系流體力學教研室的Martin 0 L Hansen教授撰寫的《風力機空氣動力學》在2000年2月出了第一版。出版后，受到了讀者的歡迎，總計印刷了4次，最近又進行了修改和完善，并于2008年2月推出第二版。這是一本專門用于風力機空氣動力設計和計算的著作，全書內(nèi)容主要分為兩部分：第一部分介紹風輪的基本空氣動力學理論，而第二部分介紹如何提高風力機的性能和載荷計算，在極端氣候條件下風力機響應特性的評估以及風力機壽命的計算，還包括風力機的特征模態(tài)和動態(tài)特性分析。

書籍目錄

序譯者前言1 風力機簡介1.1 簡要歷史回顧1.2 為什么要使用風電1.3 風資源2 二維空氣動力學2.1 升力系數(shù)、阻力系數(shù)和力矩系數(shù)的定義2.2 翼型中使用的邊界層理論3 三維空氣動力學3.1 流經(jīng)機翼流動的描述3.2 傳統(tǒng)升力線方法的背景3.3 風力機后的旋渦系4 理想風力機的動量理論4.1 一維動量理論4.2 旋轉(zhuǎn)效應以及減少由于尾流旋轉(zhuǎn)引起的損失5 閉式風輪5.1 擴壓管擴大的風力機5.2 擴壓管擴大的風力機的CFD計算6 經(jīng)典的葉素動量方法6.1 普朗特葉尖損失因子6.2 α值較大時的葛勞渥特修正6.3 年發(fā)電量6.4 范例7 控制/調(diào)節(jié)和安全系統(tǒng)7.1 失速調(diào)節(jié)7.2 槳距調(diào)節(jié)(定轉(zhuǎn)速)7.3 偏航控制7.4 變速8 最優(yōu)化8.1 什么是最優(yōu)設計8.2 傳統(tǒng)的單點優(yōu)化9 非定常葉素動量模型9.1 動態(tài)尾流模型9.2 動態(tài)失速9.3 偏航/傾斜模型9.4 風的確定性模型10 載荷和結(jié)構(gòu)簡介11 風力機葉片的梁理論11.1 位移和彎矩11.2 確定彎矩和位移的數(shù)值算法11.3 估算一階揮舞、一階擺振和二階揮舞特征模態(tài)的一種方法12 風力機的動態(tài)結(jié)構(gòu)模型12.1 虛功原理以及模態(tài)形狀函數(shù)的應用12.2 單自由度12.3 氣動阻尼12.4 虛功原理使用舉例12.5 有限元模型13 風力機上載荷的來源13.1 重力載荷13.2 慣性載荷13.3 氣動載荷14 風的模擬14.1 空間某一點的風的模擬14.2 三維風的模擬15 疲勞15.1 應力循環(huán)及其計算15.2 累積損傷的Palmgren-Miner準則15.3 當量載荷16 結(jié)論16.1 更先進的空氣動力模型16.2 促動線模型附錄A流體力學中的基本方程附錄B基本符號表

章節(jié)摘錄

　　1　風力機簡介　　在對風力機技術(shù)問題進行詳細探討之前，有必要首先對風能進行簡要的介紹。介紹包含兩部分內(nèi)容：第一部分是非常簡要的歷史回顧，主要解釋風電的發(fā)展歷程；第二部分則是探討風力機的經(jīng)濟性和設計問題。本部分并不打算對風力機的發(fā)展歷程作全面的回顧，而是僅僅提及風力機發(fā)展過程中的一些重要事件，以及提供一些風電開發(fā)過程中的案例?！　?.1　簡要歷史回顧　　風力可能非常強大，這可以從颶風或者臺風經(jīng)過后直觀地體會到。從歷史的角度看，人類已經(jīng)和平地利用了這種風力，而它的最重要的應用恐怕就是在沒有發(fā)明蒸汽機和內(nèi)燃機之前，使用風帆驅(qū)動船舶航行。風車也已經(jīng)使用風力來碾磨谷?；蛘吖喔瘸樗?，例如在荷蘭，使用風力以防止海水淹沒地勢較低的陸地。在20世紀初，電力得到了應用，當風輪與發(fā)電機相連能驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電后，風車就逐漸變成了風力機?！　∈澜缟鲜着娋W(wǎng)是由直流低壓電纜組成，電能的損失很大。因此發(fā)電地點與電能用戶之間的距離必須盡量近。在農(nóng)場，小型風力機恰好滿足這種要求；而世界上第一個將風車與發(fā)電機連接起來的丹麥人Poul La Cour，則為“農(nóng)業(yè)電工”開設了一門這方面的課程。LaCour極具遠見的案例是，在他所在的學校安裝了世界上第一批風洞之一，以研究風輪的空氣動力學問題。然而后來，內(nèi)燃機和蒸汽機逐漸占據(jù)了發(fā)電的主導地位，僅僅在兩次世界大戰(zhàn)期間，由于燃料的匱乏，風電才再一次實實在在地興旺起來。

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    風力機空氣動力學 PDF格式下載

---