風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)

前言

　　本書的初稿來(lái)源于作者．Martin O．L．Hansen教授在丹麥科技大學(xué)講授有關(guān)風(fēng)力機(jī)的機(jī)械部分的兩門課程的講義。其中一門課程是關(guān)于風(fēng)力機(jī)如何將風(fēng)中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械軸功率的，而用這種機(jī)械軸功率來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，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(dòng)速度，來(lái)控制載荷和風(fēng)力機(jī)的功率輸出。本書中沒(méi)有詳細(xì)談及如何實(shí)際使用電力電子學(xué)原理來(lái)改變發(fā)電機(jī)主軸上的扭矩以控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，有興趣的讀者可以參考電動(dòng)機(jī)以及電力電子學(xué)方面的教材。有些章節(jié)還描述了風(fēng)力機(jī)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(fēng)力機(jī)技術(shù)本科生課程的基礎(chǔ)。已知了風(fēng)力機(jī)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(dòng)量方法（BEM）來(lái)編寫一個(gè)小的程序，而葉素動(dòng)量方法則是針對(duì)不同的風(fēng)速、槳距角以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度，實(shí)際估計(jì)靜態(tài)載荷以及機(jī)械功率的。在優(yōu)化過(guò)程中這種程序是一個(gè)非常有價(jià)值的工具，因?yàn)閮?yōu)化過(guò)程中必須針對(duì)不同的設(shè)計(jì)變量多次計(jì)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(fēng)能是一種清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)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)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。風(fēng)電技術(shù)是一項(xiàng)多專業(yè)綜合集成的高新技術(shù)，其中空氣動(dòng)力學(xué)是風(fēng)電技術(shù)重要的理論基礎(chǔ)。由丹麥科技大學(xué)機(jī)械工程系流體力學(xué)教研室的Martin 0 L Hansen教授撰寫的《風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)》在2000年2月出了第一版。出版后，受到了讀者的歡迎，總計(jì)印刷了4次，最近又進(jìn)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(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)和計(jì)算的著作，全書內(nèi)容主要分為兩部分：第一部分介紹風(fēng)輪的基本空氣動(dòng)力學(xué)理論，而第二部分介紹如何提高風(fēng)力機(jī)的性能和載荷計(jì)算，在極端氣候條件下風(fēng)力機(jī)響應(yīng)特性的評(píng)估以及風(fēng)力機(jī)壽命的計(jì)算，還包括風(fēng)力機(jī)的特征模態(tài)和動(dòng)態(tài)特性分析。

書籍目錄

序譯者前言1 風(fēng)力機(jī)簡(jiǎn)介1.1 簡(jiǎn)要?dú)v史回顧1.2 為什么要使用風(fēng)電1.3 風(fēng)資源2 二維空氣動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)3.1 流經(jīng)機(jī)翼流動(dòng)的描述3.2 傳統(tǒng)升力線方法的背景3.3 風(fēng)力機(jī)后的旋渦系4 理想風(fēng)力機(jī)的動(dòng)量理論4.1 一維動(dòng)量理論4.2 旋轉(zhuǎn)效應(yīng)以及減少由于尾流旋轉(zhuǎn)引起的損失5 閉式風(fēng)輪5.1 擴(kuò)壓管擴(kuò)大的風(fēng)力機(jī)5.2 擴(kuò)壓管擴(kuò)大的風(fēng)力機(jī)的CFD計(jì)算6 經(jīng)典的葉素動(dòng)量方法6.1 普朗特葉尖損失因子6.2 α值較大時(shí)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(shè)計(jì)8.2 傳統(tǒng)的單點(diǎn)優(yōu)化9 非定常葉素動(dòng)量模型9.1 動(dòng)態(tài)尾流模型9.2 動(dòng)態(tài)失速9.3 偏航/傾斜模型9.4 風(fēng)的確定性模型10 載荷和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介11 風(fēng)力機(jī)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(fēng)力機(jī)的動(dòng)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(yīng)用12.2 單自由度12.3 氣動(dòng)阻尼12.4 虛功原理使用舉例12.5 有限元模型13 風(fēng)力機(jī)上載荷的來(lái)源13.1 重力載荷13.2 慣性載荷13.3 氣動(dòng)載荷14 風(fēng)的模擬14.1 空間某一點(diǎn)的風(fēng)的模擬14.2 三維風(fēng)的模擬15 疲勞15.1 應(yīng)力循環(huán)及其計(jì)算15.2 累積損傷的Palmgren-Miner準(zhǔn)則15.3 當(dāng)量載荷16 結(jié)論16.1 更先進(jìn)的空氣動(dòng)力模型16.2 促動(dòng)線模型附錄A流體力學(xué)中的基本方程附錄B基本符號(hào)表

章節(jié)摘錄

　　1　風(fēng)力機(jī)簡(jiǎn)介　　在對(duì)風(fēng)力機(jī)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)探討之前，有必要首先對(duì)風(fēng)能進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。介紹包含兩部分內(nèi)容：第一部分是非常簡(jiǎn)要的歷史回顧，主要解釋風(fēng)電的發(fā)展歷程；第二部分則是探討風(fēng)力機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和設(shè)計(jì)問(wèn)題。本部分并不打算對(duì)風(fēng)力機(jī)的發(fā)展歷程作全面的回顧，而是僅僅提及風(fēng)力機(jī)發(fā)展過(guò)程中的一些重要事件，以及提供一些風(fēng)電開發(fā)過(guò)程中的案例?！　?.1　簡(jiǎn)要?dú)v史回顧　　風(fēng)力可能非常強(qiáng)大，這可以從颶風(fēng)或者臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)后直觀地體會(huì)到。從歷史的角度看，人類已經(jīng)和平地利用了這種風(fēng)力，而它的最重要的應(yīng)用恐怕就是在沒(méi)有發(fā)明蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)之前，使用風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)船舶航行。風(fēng)車也已經(jīng)使用風(fēng)力來(lái)碾磨谷?；蛘吖喔瘸樗缭诤商m，使用風(fēng)力以防止海水淹沒(méi)地勢(shì)較低的陸地。在20世紀(jì)初，電力得到了應(yīng)用，當(dāng)風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)相連能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電后，風(fēng)車就逐漸變成了風(fēng)力機(jī)?！　∈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(diǎn)與電能用戶之間的距離必須盡量近。在農(nóng)場(chǎng)，小型風(fēng)力機(jī)恰好滿足這種要求；而世界上第一個(gè)將風(fēng)車與發(fā)電機(jī)連接起來(lái)的丹麥人Poul La Cour，則為“農(nóng)業(yè)電工”開設(shè)了一門這方面的課程。LaCour極具遠(yuǎn)見的案例是，在他所在的學(xué)校安裝了世界上第一批風(fēng)洞之一，以研究風(fēng)輪的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。然而后來(lái)，內(nèi)燃機(jī)和蒸汽機(jī)逐漸占據(jù)了發(fā)電的主導(dǎo)地位，僅僅在兩次世界大戰(zhàn)期間，由于燃料的匱乏，風(fēng)電才再一次實(shí)實(shí)在在地興旺起來(lái)。

圖書封面

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