风力机叶片课程设计(空气动力学)设计报告

课程设计(综合实验)报告(--年度第一学期)名称：题目：院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：成绩：日期：1一、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全班分为2个小组，每个小组采用一种风力机翼型，翼型的气动数据（升力系数，阻力系数，俯仰力矩系数）已知。2．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s819(一)叶片半径的计算：2由风力发电机输出功率：212381PrCDVP得，叶片直径：mCVPDPr10.37.048.08234.1800883213叶片半径：mDR55.123.12(二)叶尖速比的计算：整个叶片的叶尖速比：31.57329.460/72260/2110vRnVR半径r处的叶尖速比：10Vr①设计中取9处截面，分别是叶片半径的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：60.01%20%10VR1.201%20%20VR1.801%30%30VR40.21%40%40VR00.31%50%50VR3.601%60%60VR20.41%70%70VR80.41%80%80VR60.51%90%90VR00.61%90%100VR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：94)(/9162200RrrRN3求得：由弦长计算公式并由表1查得最大升力系数LC=，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20%截面处弦长：1.111705942%)20(200916%)10(BlCRC叶片半径20%截面处弦长：1.111705942%)20(200916%)20(BlCRC叶片半径30%截面处弦长：0.807238942%)30(200916%)30(BlCRC叶片半径40%截面处弦长：0.62619194%)40(9162200%)40(BCRCl叶片半径50%截面处弦长：0.50924394%)50(9162200%)50(BCRCl叶片半径60%截面处弦长：0.42826894%)60(9162200%)60(BCRCl叶片半径70%截面处弦长：0.36914794%)70(9162200%)70(BCRCl叶片半径80%截面处弦长：0.3241994%)80(9162200%)80(BCRCl叶片半径90%截面处弦长：0.28889994%)90(9162200%)90(BCRCl94)(9162200RrBCRBCrNCll4(三)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；rbVa11arctan1（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cossinsincosdltdlnCCCCCC（6）计算a和b的新值2πBcrcossin41sin412FCbbFCaatn5（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sinr2exparccos2rRBF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20%截面处扭角：%20=28.30°叶片半径的30%截面处扭角：%30=21.03°叶片半径的40%截面处扭角：%40=15.85°叶片半径的50%截面处扭角：%50=12.21°叶片半径的60%截面处扭角%60=9.58°叶片半径的70%截面处扭角：%70=7.57°叶片半径的80%截面处扭角：%80=5.92°叶片半径的90%截面处扭角：%90=4.23°（8）叶片制作1.选取比例1：2.52.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。五、总结为期一周的天的课程设计结束了。在这一周的学习中，我学到了很多，也找到了自己身上的不足。感受良多，获益匪浅。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。6风电作为一个有富有特色的专业，风力机组是我们要深入学习的，从叶片设计的的资料收集到叶片弦长的计算到扭角计算程序的编写，从叶片叶素的绘制到叶片骨架的制作到叶片表面的制作，我深入的了解了叶片从计算到制作的各个过程，而原本经过风力机空气动力学学习到的知识也在这次的课程设计中得到实践。通过叶片的制作，将理论联系到实践，让我们开始真正的融入风能这个行业。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附录1.程序：#includestdio.h#includemath.h#defineR4.93178098#defineW7.536main(){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]={1.342046647,1.111705033,0.807237743,0.626191466,0.509242815,0.428268274,0.369147425,0.324190452,0.288899091};inti;Cl=0.7227;Cd=0.01593;for(i=0;i9;i++)7{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clcdcmCl/cd82.000E+018.762E-012.196E-01-1.161E-013.990E+001.800E+019.759E-011.728E-01-1.060E-015.649E+001.600E+011.070E+001.240E-01-9.028E-028.633E+001.400E+011.178E+007.396E-02-6.866E-021.592E+011.300E+011.228E+005.389E-02-6.070E-022.278E+011.200E+011.240E+004.018E-02-5.722E-023.087E+011.100E+011.213E+003.226E-02-5.757E-023.759E+011.000E+011.158E+002.712E-02-5.968E-024.272E+015.000E+007.227E-011.593E-02-6.545E-024.536E+010.000E+001.811E-011.304E-02-6.051E-021.389E+01-5.000E+00-3.724E-011.595E-02-4.944E-02-2.334E+01攻角α攻角α9S819翼型攻角α