风力机叶片课程的设计.pdf

课程设计报告 ( 2013 -- 2014 年度 第一学期 ) 名 称 课程设计 学 院 能源与动力工程学院 专 业 新能源科学与工程 设 计 数 18—20 （共三 ） 2014年1月8 日 基于NACA4412翼型风力机叶片的设计 与三维建模 摘要 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大， 全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开 发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、 磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。 把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提 升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度 （微 风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发 电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。 本课题研究水平轴风力发电机的叶片设计、实体建模。主要任务如下： 1.编制叶素轴向、周向速度诱导因子、最佳弦长及扭角的计算的界面程序； 2.根据程序计算并绘制风力机叶片弦长随叶片展向长度的变化曲线； 3.根据程序计算并绘制风力机叶片扭角随叶片展向长度的变化曲线； 4.将所设计的叶片的三维模型的进行实体建模。 关键词：风力发电，风力机叶片，三维建模 第一 综述 1.1 风力机简介 风力机，将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一 种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。 许多世纪以来，它同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力 的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及20世纪50年代中东油田 70 的发现，使风力机的发展缓慢下来。 年代初期，由于“石油危机”，出现了能 源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清 洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的 自然能源又重新引起了人们重视。 1.2 风力机简史 风车最早出现在波斯，起初是立轴翼板式风车，后又发明了水平轴风车。风 车传入欧洲后，15世纪在欧洲已得到广泛应用。荷兰、比利时等国为排水建造 66 90 18 了功率达 千瓦 （ 马力）以上的风车。 世纪末期以来，随着工业技术的发 展，风车的结构和性能都有了很大提高，已能采用手控和机械式自控机构改变叶 片桨距来调节风轮转速。 风力机用于发电的设想始于1890年丹麦的一项风力发电计划。到1918年， 120 5 25 丹麦已拥有风力发电机 台，额定功率为 ～ 千瓦不等。第一次世界大战后， 制造飞机螺旋桨的先进技术和近代气体动力学理论为风轮叶片的设计创造了条 件，于是出现了现代高速风力机。1931年，苏联采用螺旋桨式叶片建造了一台 大型风力发电机，风速为13.5米/秒时,输出功率达100千瓦,风能利用系数提高到 0.32。 在第二次世界大战前后，由于能源需求量大，欧洲一些国家和美国相继建造 了一批大型风力发电机。1941年，美国建造了一台双叶片、风轮直径达53.3米 的风力发电机，当风速为13.4米/秒时输出功率达1250千瓦。 50 100 英国在 年代建造了三台功率为 千瓦的风力发电机。其中一台结构颇 为独特，它由一个26米高的空心塔和一个直径24.4米的翼尖开孔的风轮组成。 风轮转动时造成的压力