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东南大学能源与环境学院 风力发电技术 邓艾东 第二章 第二章 风力发电空气动力学基本原理 2.1 基本概念 第二章 2.1 基本概念  1 3 W  Av t   2 1、风能和风功率：  1 3 P  Av   2 2、不可压缩流体 在压力作用下，体积变化可以忽略不计的流体称为不可压缩性流体。 气体在压力作用下体积会发生明显变化，是可压缩性流体。但在某些过程，如远低 于音速的空气流动过程中，气体压力和温度的变化可以忽略不计，这时可将空气作为不 可压缩性流体进行研究。 第二章 2.1 基本概念 3、流体黏性 黏性是流体的重要物理属性，是流体抵抗剪切变形的能力。 流体在流动时，如果相邻两层流体的速度不同，在它们的界面会产生剪切应力，速度快 的流层对速度慢的流层产生拖动力，速度慢的流层对速度快的流层产生阻力。这个剪切 应力叫流体的内摩擦力，或黏性切应力：  ：黏性切应力，N/m2 du   du ：法向速度梯度，即与流体流动方向垂直的方 dy dy 向上的流体速度变化率，1/s  ：动力黏性系数，N.s/m2 运动黏性系数：  2 m /s  第二章 2.1 基本概念 黏性切应力的产生是由于流体分子间的引力和流体层间分子运动形成的动量交换。 牛顿黏性平板实验 理想流体 如果流体内的速度梯度很小，黏性力相比于其他力可以忽略不计，可以将之看作 无黏性流体，这种假设没有黏度的流体称为理想流体。 第二章 2.1 基本概念 4、流动阻力 流动边界的物体对流动流体的作用力，与流体流动的方向相反。流动阻力的反作 用力，就是流体对物体的作用力，称为曳力。 在低于音速的情况，流动阻力分为摩擦阻力和压差阻力。由于流体的黏性作用， 在物体表面产生的全部摩擦力的合力称为摩擦阻力，其方向与流体运动方向相反。压差 阻力则是垂直于物体表面的压力产生的对流体流动的阻力，其方向也与流体运动方向相 反。 两种阻力常同时存在，两种阻力的相对大小取决于： ①物体的形状； ②由物体特征长度决定雷诺数的大小，雷诺数决定边界层中的流动状态； ③物体表面的粗糙度。 第二章 2.1 基本概念 5、层流和湍流 层流：流体质点互不掺混、运动轨迹有条不紊的流动形态。 湍流：流体质点相互掺混、运动轨迹曲折混乱的、不规则的流动形态。 层流和湍流是流体的惯性力和黏性力作用下的结果。当黏性力起主要作 用时，表现为层流；当惯性力起主要作用时，表现为湍流。 第二章 2.1 基本概念 6、雷诺数 层流和湍流转捩的临界流速与管径、流体密度和动力黏性系数有关，这两种 流动形