風(fēng)力機(jī)的工作原理和氣動(dòng)力特性

1 空氣動(dòng)力學(xué)的基本知識(shí)
111 升力和阻力
物體在空氣中運(yùn)動(dòng)或者空氣流過(guò)物體時(shí), 物體將受到空氣的作用力, 稱為空氣動(dòng)力。通?？諝鈩?dòng)力由兩部分組成: 一部分是由于氣流繞物體流動(dòng)時(shí), 在物體表面處的流動(dòng)速度發(fā)生變化, 引起氣流壓力的變化, 即物體表面各處氣流的速度與壓力不同, 從而對(duì)物體產(chǎn)生合成的壓力; 另一部分是由于氣流繞物體流動(dòng)時(shí), 在物體附面層內(nèi)由于氣流粘性作用產(chǎn)生的摩擦力。將整個(gè)物體表面這些力合成起來(lái)便得到一個(gè)合力, 這個(gè)合力即為空氣動(dòng)力。
風(fēng)輪葉片是風(fēng)力機(jī)最重要的部件之一。它的平面形狀與剖面幾何形狀和風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力特性密切相關(guān), 特別是剖面幾何形狀即翼型氣動(dòng)特性的好壞, 將直接影響風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)。
氣流繞風(fēng)輪葉片的流動(dòng)比較復(fù)雜, 是一個(gè)空間的三元流動(dòng)。當(dāng)葉片長(zhǎng)度與其翼型弦長(zhǎng)之比(展弦比) 較大時(shí), 可以忽略氣流的展向流動(dòng), 而把氣流繞葉片的流動(dòng)簡(jiǎn)化為繞許多段葉片元(即葉素) 的流動(dòng), 葉素之間互相沒(méi)有干涉。當(dāng)每個(gè)葉素的展向長(zhǎng)度趨向無(wú)窮小時(shí), 葉素就成了翼型, 空氣繞葉素的流動(dòng)就成了繞翼型的流動(dòng), 也就成了二元流動(dòng)或平面流動(dòng)。
圖221 示出空氣流過(guò)一塊平板的情形, 平板面與氣流方向形成一個(gè)夾角α, α稱為攻角。由于平板上方和下方的氣流速度不同(上方速度大于下方速度) ,因此平板上、下方所受的壓力也不同(下方壓力大于上方壓力) , 總的合力F 即為平板在流動(dòng)空氣中所受到的空氣動(dòng)力, 其方向垂直于板面。此力可分解為兩個(gè)分力: 一個(gè)分力Fy 與氣流方向垂直, 它使平板上升, 稱為升力; 另一個(gè)分力Fx 與氣流方向相同, 稱為阻力。升力和阻力與葉片在氣流方向的投影面積S 、空氣密度ρ及氣流速度V 的平方成比例, 可以下式表示: