南京工业大学《风力机空气动力学》教学大纲
南京工业大学风力发电原理 第四章
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三个标准级别机组所适用的风场的平均风速分别为：I级机组：10m/s 平均风速；Ⅱ级机组：8.5m/s平均风速；Ⅲ级机组：7.5m/s平均风速。
2) I ref 为风速在15 m/s时的湍流强度期望值，表中对每个标准机组级别 都分为A、B、C三种不同的风湍流状态，其湍流强度期望值分别为0.16、 0.14和0.12。即标准机组共有9个类型。 3) 还列出一个特殊级别S。
按传动形式划分
① 高传动比齿轮箱型： 优点：由于极对数小，结构简单，体积小； 缺点：传动系统结构复杂，齿轮箱设计、运行维护复杂，容 易出故障。 ② 直接驱动型：采用多级同步风力发电机，让风轮直接带动发 电机低速旋转。 优点：没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大 等，提高了运行可靠性。 缺点：发电机极对数高，体积比较大，结构复杂。 ③ 半直驱型：上述两种类型的综合。中传动比型风力机减少了 传统齿轮箱的传动比，同时也相应减少了多极同步风力发电 机的极数，从而减少了发电机的体积。
风力发电原理
第四章 风力发电机组结构 谭剑锋
第三章 风能转换原理
需要掌握：
水平轴风力机基本结构
风轮基本结构
风力机传动系统 机舱、机架与偏航系统 塔架与基础
一、风力机基本结构
风力机主要部件
叶片 风轮 桨毂 增速器 风 力 机
机舱
发电机
偏航系统
制动系统
塔架 基础
一、风力机基本结构
动力噪声大，视觉效果差。 三叶片：性能比较好，载荷波动小，目前，水平轴风电机组以
三叶片风轮为主。
风轮实度：风轮叶片总面积与风轮扫掠面积的比值，常用于反映 风轮的风能转换性能。 风轮的叶片数多，风轮的实度大，功率系数比较大，但功率曲线 较窄，对叶尖速比的变化敏感。叶片数减小，风轮实度下降，其 最大功率系数相应降低，但功率曲线也越平坦，对叶尖速比变化 越不敏感。
空气动力学教学大纲
空气动力学教学大纲( 40 学时)一、课程的性质，目的和任务本课程是航空航天类院校本科非飞行器设计与工程专业，如：安全工程、飞行器环境与生命保障工程等专业教学计划中的一门技术基础课。
为安全工程专业学生的必修课。
本课程的目的和任务是使学生掌握空气动力学的基本概念、基本理论，以及解决空气动力学问题的基本方法和分析手段。
本课程的内容包括空气动力学的基本概念、低速流动和可压缩无粘流动的基本原理、绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、激波理论等。
二、本课程的主要内容绪论0.1 空气动力学研究的基本任务0.2 空气动力学的发展概况0.3 空气动力学的分类0.4 空气动力学的研究方法0.5 我国空气动力学研究发展概述第一章流体介质1.1 连续介质假设1.2 流体的密度、压强和温度1.3 气体的压缩性、粘性和传热性1.4 流体的模型化1.5 标准大气第二章流体运动学和动力学基础2.1 流场2.2 流体微团运动的分析2.3 连续方程和流函数2.4 漩涡运动2.5 欧拉方程及其积分2.6 流体力学中的动量定理第三章不可压理想流体绕物体的流动3.1 不可压理想流体的无旋运动3.2 不可位流流动叠加举例3.3 绕圆柱的无环量和有环量流动3.4 二维对称物体扰流的数值解第四章低速附面层4.1 附面层概念4.2 附面层的微分方程4.3 卡门动量积分关系式4.4 低速平板附面层及摩擦阻力计算4.5 附面层的分离第五章低速翼型的气动特性5.1 翼型的几何参数5.2 翼型的空气动力系数5.3 低速翼型气动特性概述5.4 库塔-茹科夫斯基后缘条件；环量的确定5.5 任意翼型位流解法5.6 薄翼型理论5.7 厚翼型理论5.8 实用低速翼型的气动特性第六章机翼低速气动特性6.1 机翼的几何参数6.2 机翼的空气动力系数6.3 大展弦比直机翼的气动特性6.4 后掠翼的低速气动特性6.5小展弦比直机翼的气动特性6.6 机翼低速气动特性的工程计算第七章高速可压流7.1 热力学基础知识7.2 音速和马赫数7.3 高速一维定常流7.4 小扰动影响区的划分；马赫锥7.5 马赫波7.6 膨胀波7.7 激波7.8 高速可压流附面层7.9 激波与附面层互相干扰。
风力发电技术-空气动力学基础
2.6
风轮上的总气动推力和总转矩
δr
叶素理论：
将叶片沿展向划分成很多小的微元段，这些微元段统称为叶素。作用在每个 叶素上的力和力矩沿展向积分，就可以求得作用在风轮上的力和力矩。
2.6
风轮上的总推力和总转矩
下翼面处流场横截面面积A3变化较小，流速W3 几乎保持不变，进而静压 力P3≈ P1。上翼面突出，流场横截面面积减小，空气流速增大，V2>V1。 使得 P2 < P1，即压力减小。 由于翼型上下表面所受的压力差，使得翼型受到向上的作用力——升力。 再由于气流和翼型有相对运动，翼型受到平行于气流方向的阻力。
2.4
翼型的空气动力特性
注：风力发电机叶片运动时所感受 到的气流速度是外来风速V与叶片 运动速度u的合成速度，称为相对 风速W。
风轮旋转平面：风轮转动所形成的平面，与风速V垂直。 翼型攻角 在翼型平面上，实际气流来流W与翼弦之间的夹角定义为翼型攻角，记做， 又称迎角。 安装角β 风轮旋转平面与翼弦之间的夹角，记做β ，又叫桨距角、节距角。 入流角φ 实际气流入流速度W与旋转平面的夹角。Φ = + β
V
由于升力和阻力是相互垂直的, 故
W
2.4
翼型的空气动力特性
翼剖面的升力特性
翼型的升力特性用升力系数CL随攻角的变化曲线 （升力特性曲线）来描述。如图。 CL CLmax
0
CT
Hale Waihona Puke 当=0 °时， CL﹥0，气流为层流。 在0～CT之间，CL与呈近似的线性关系，即随 着的增加，升力FL逐渐加大。 当=CT时，CL达到最大值CLmax。CT称为临界攻 角或失速攻角。当>Ct时，CL将下降,气流变 为紊流。 当=0(<0)时， CL=0，表明无升力。0称为零 升力角，对应零升力线。
宁强12级风能空气动力学课程设计指导书
机械与动力工程学院风力机空气动力学课程设计设计题目：风力机叶片气动设计设计人：宁强班级：风能1201 组号： 3 指导教师：姚桂焕设计时间： 2周成绩：日期：2015.6.29-2015.7.124根据在叶根处选择相对较厚的翼型以承受叶片运行时的应力，并且能实现向叶根处的圆形断面光滑过渡；叶尖选择相对较薄的翼型以满足叶片的气动性能要求。
将叶片分成16个剖面；从叶片展向 20%到95%，间隔5%来取。
在叶片展向20%、25%、30%和35% 处选择剖面，并选择翼型为NACA 4421NACA4421-NACA 4421 airfoil在叶片展向40%、45%、50%和55%处选择剖面，并选择翼型为NACA4418;NACA 4418- NACA 4418 airfoil在叶片展向60%、65%、70%和75%处选择剖面，并选择翼型为FX60-160FX 60-160 AIRFOIL-Wortmann FX 60-160 airfoil在叶片展向80%、85%、90%和95%处选择剖面，并选择翼型为NACA 63-412 NACA 63-412 AIRFOIL-NANCA 63(1)-412 airfoil5.计算各剖面处的叶尖速比：λϖλi VR i i == 计算结果见表格16.在AirfoilTools 网站，查看各个翼型在最大升阻比时对应的升力系数和阻力系数:由左侧的图表查得NACA4421在最佳升阻比时，攻角=0α 5.75(103.1)时，升力系数=l C 1.0543，阻力系数=d C 0.01023 ，最大升力系数=max l C 1.5771;由右侧的图表查得 在最佳升阻比时，攻角=0α 5.75(115.8)，升力系数=l C 1.0909 ，阻力系数=d C 0.00929 ,最大升力系数=max l C 1.6028由左侧的图查得FX60-160在最佳升阻比时，攻角=0α 4.5(116.7)时，升力系数=l C 0.9322,阻力系数=d C 0.00799 ，最大升力系数=max l C 1.446;由右侧的图表查得 在最佳升阻比时，攻角=0α 4.25，升力系数=l C 0.8168 ，阻力系数=d C 0.00706,最大升力系数=max l C 1.41797.计算四个剖面的弦长各翼型断面弦长计算式为：,max BC N R C l ii i =式中94)(/916200+=R R R R N i ii λλπ为不同半径i R 对应的形状参数，max l C 为最大升力系数。
南京工业大学风力发电原理 第二章
② 山脉的影响
二、风的特性
①障碍物对风速的影响
z v ln( ) z0
v为平均速度， z0为地表粗糙长度
二、风的特性
指数率变化
多数国家采用的经验指数分布
z n v v1 ( ) z1
v1为z1处平均速度
我国n取0.16—0.20
n 0.04ln z0 0.003(ln z0 )2 0.24
二、风的特性
平均风速变化因素：
湍流强度和延伸长度与障碍物的高度有关。湍流区长度可 高达障碍物的2倍，背风侧湍流延伸长度可达障碍物高度 的10～20倍。而且障碍物高宽比越小，湍流衰减越快；高 宽比越大，湍流区越大。在高宽比无限大的极端条件下， 湍流区长度可以达到障碍物高度的35倍。
在垂直方向，最大高度达障碍物高度 的2倍。风力机叶片最低点是3倍障碍 物高度时，则障碍物对风力机的影响 可以忽略。但若风力机前有较多障碍 物时，则此时必须考虑障碍物的影响。 在风电场选址时应考虑到附近区域的 障碍物。
二、风的特性
平均风速分布
数理统计 平均风速的变化是随机的 具有统计规律 概率分布函数 概率密度函数
通常用双参数威布尔分布或瑞利分布描述 双参数威布尔分布
K=2为瑞利分布
k v P(v) cc
k 1
e
( v / c )k
k为形状参数，c为尺度系数
二、风的特性
风向与风频 为什么研究风向？
《空气动力学I》课程教学大纲
（中文）空气动力学 I （英文）Aerodynamics I 专业必修
本课程是航空航天类院校飞行器设计专业教学计划中的基础课和必修课。 本课程 的内容主要为低速空气动力学，包括了空气动力学的基本概念、低速流动的基本 *课程简介（Description） 原理、绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、粘性流动和边界 层等。本课程的目的和任务是使学生掌握空气动力学的基本概念、基本理论，以 及解决空气动力学问题的基本方法和分析手段。 Aerodynamics I is available for the students majoring in aircraft design disciplines of aeronautics and astronautics school/department. It covers the following topics: fundamentals concepts of aerodynamics; principles of invisicid incompressible flows; *课程简介（Description） inviscid, incompressible flows over airfoils and finite wings; etc. By learning the course, students can rapidly apply fundamental principles of physics, formulate and apply appropriate aerodynamic models, and assess the applicability of various aerodynamic models, thus making the basis for their future research work on aerodynamics and aircraft design. 课程教学大纲（Course Syllabus）
南京工业大学风力发电原理 第一章
西藏 沿海
三北(东北、华北、西北)地区
占全国陆上的79%，风能功率密度在200～300W/m2, 有的可达 500W/m2,每年可利用风能的小时数在5000小时以上，有的可达7000 小时以上。如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等。 从新疆到东北,面积大、交通方便、地势平,风速随高度增加很快。
我国现代风电技术开发利用始于70年代，从仿制国外机组到自行 设计，主要是牧区的2kw小型风电机组。 80年代，我国研制200kw风电机组，并进入风电场建设起步 阶段，主要通过国外进口机组。
2007年，我国风电进入高速发展期。
二、世界风能发电史
20世纪末，由于能源危急和全球环境保护的影响，欧洲、美 国及亚洲的印度、中国风力发电出现强劲势头，其中丹麦的 风电量已经超过了总发电量的20%。 自1990 年以来, 风力发电一直是世界上增长最快的可再生新 能源。从1996 年起，全球累计风电装机连续11年增速超过20 ％，平均增速达到28.35％。 2008年虽然经历了历史罕见的金融危机，但风电依然成为最 具吸引力的发电投资，已经成为各个国家替代能源的首选。
三、我国风电发电史
4、 我国风电产业政策
《可再生能源法》
2006的《可再生能源法》允许多种投资主体进入可再生能源 领域，并且要求电网公司全额收购新能源发电量，从法律上为 以风电为代表的新能源快速发展提供了法律和政策保障。
国产化率指标
国家发改委公布的《关于风电建设管理有关要求的通知》强 调风电设备国产化率要达到70%以上
东部沿海及岛屿
主要位于沿海几十公里的大陆海岸和海道，风能功率密度在200W/m2， 小时数在7000小时，地势平坦，主要依靠火力发电，是电力负荷中心， 风能资源稳定，海道煤和石油依靠大陆，电力联网困难，发展发电迫 在眉睫。
空气动力学课程设计指导书
《风力机空气动力学》课程设计指导书一、基础理论 动量理论：描述作用在风轮上的力与来流速度之间的关系。
根据叶素理论：将风轮叶片沿展向分成许多微段，即叶素，并假设在每个叶素上作用的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和阻力。
叶素-动量理论：假设各个叶素单元作用相互独立，各个圆环之间没有径向干扰，轴向诱导因子a 并不沿着叶轮径向改变。
图1-1 风力机受力示意图 参考公式：轴向速度：0)1(v a v a -= 切向速度：r a v rot ω)'1(+=图1-2 叶素速度示意图叶素入流流速：2222)()'1()1(r a v a v rel ω++-= 入流角：rel rel v a r v a v )1(cos ;)1(sin ,0+=-=ωφφ 攻角：βφα-=法向力系数：φφsin cos d l n C C C += 切向力系数：φφcos sin d l t C C C -= 诱导系数迭代方程：)sin 4(sin 41222t r n r C C a aφσφσ-=- φφσcos sin 4'1t r C a a=+ φλμσ2sin 41't r C a a =- 风轮实度：RNcr Nc r πμπσ22==叶素单位圆环扇面转矩：r r a a wr v M δπρδ2,0)1()(4-= 功率系数表达式：23021Rv PC p πρ=翼型与叶尖速比的关系：222))'1(()1('4a a a C l r ++-=λμμλλσ风轮直径设计：38v C P D p uπρ=叶尖速比：02/v D ωλ=二、叶片设计流程(一) 按照给定叶尖速比设计叶片参数(二) 改变叶尖速比，比较设计改变λ，绘制C p 和λ的对应关系曲线。
符号表a ：轴向诱导系数 a ’：切向诱导系数 c ：弦长d C ：阻力系数： l C ：升法向力系数：C：法向力系数：nC：切向力系数：tC p：功率系数M：转矩N：叶片数P：风轮功率P u：设计功率r：叶素半径R：风轮半径v0：来流风速v a：轴向风速v rel：入流总速度v rot：切向速度α：冲角β：当地叶片弦线到相对于风轮平面的倾角（例如，叶片钮角加上桨距角）φ：入流角λ：叶尖速比μ：无因此径向位置，μ=r/Rσr：风轮实度ω：旋转角速度参考文献[1] 风力机空气动力学. [丹麦]Martin O.L.Hansen 著. 肖劲松译. 中国电力出版社. 2009.6[2] 风力机空气动力学. 吴双群赵丹平主编. 北京大学出版社. 2011.10[3] 风能技术. [美]Tony Burton 等著. 武鑫等译. 科学出版社. 2007.9[4] 小型风力发电机设计与制作. [日]久保大次郎著. 姚兴佳王益全译. 科学出版社. 2012.7。
空气动力学基础教学大纲
个人采集整理资料，仅供沟通学习，勿作商业用途空气动力学基础教学设计纲领(112学时 >一、课程的性质，目的和任务本课程是航空航天类院校本科飞翔器设计与工程专业教学设计计划中的一门技术基础课。
为飞翔器设计与工程专业学生的必修课。
本课程的目的和任务是使学生掌握流体力学基本知识和空气动力学的基本观点、基本理论，以及解决空气动力学识题的基本方法和剖析手段。
本课程的内容可分为两大多数：低速空气动力学和可压缩空气动力学，包含了空气动力学的基本观点、低速流动和可压缩无粘流动的基来源理、绕翼型和机翼的不行压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、激波理论、翼型亚音速和超音速线化理论及应用等。
b5E2RGbCAP二、本课程的主要内容第一章空气动力学：一些引述观点1．空气动力学的重要性：历史实例2．空气动力学：分类和实质应用目的3．一些基本空气动力学变量4．气动力和力矩、压力中心5．量纲剖析： Buckingham Pi 定理、流动相像准则7．流体静力学8．流动的种类9．应用空气动力学：气动力系数的大小和变化趋向1 / 71．矢量剖析和场论复习2．流体模型：控制体和流体微团3．连续方程、动量方程、能量方程，动量方程的应用4．用实质导数表达的基本方程5．流动的迹线和流线6．旋转角速度、旋度、变形角速度，环量7．流函数、势函数，流函数势函数的关系第三章不行压无粘流基础1．Bernoulli方程及其应用2．不行压流中的速度界限条件3．不行压无旋流的控制方程：Laplace 方程4．基本流动：均直流、源汇、偶极子和点涡，流动叠加5．绕圆柱有升力流动6．Kutta-Joukovski定理7．面元法基本观点第四章绕翼型的不行压流1．翼型的几何描绘术语、翼型的气动力特征2．低速绕翼型流动解的基来源则：涡面3．库塔条件4．经典薄翼理论：对称翼型和有弯度翼型5．涡板块法第五章绕有限翼展的不行压无粘流1．下洗和引诱阻力2．涡线及 Biot-Savart定理、Helmholtz定理3．Prandtl经典升力线理论第六章三维不行压流1．三维点源2．三维偶极子3．绕圆球不行压流动第七章可压缩流基础1．热力学简要回首2．压缩性的定义3．无粘可压缩流动控制方程4．驻点条件的定义5．超音速流动：激波第八章正激波及有关问题1．正激波基础2．音速定义3．正激波特征计算4．可压缩流动的速度丈量第九章斜激波和膨胀波1．斜激波关系式2．绕楔和锥的超音速流动3．激波扰乱和反射4．钝头体前的脱体激波5．Prandtl-Mayer 膨胀波6．波膨胀理论：在超音速翼型绕流中的应用第十章经过喷管、扩压器微风洞的可压缩流动1．准一维流动的控制方程2．喷管流动3．扩压器流动4．超音速风洞第十一章翼型亚音速绕流线化理论1．速度势方程2．线化速度势方程3．Prandtl-Glauert压缩性修正4．改良的压缩性修正方法5．临界马赫数6．阻力发散马赫数：音障7．面积律8．超临界翼型第十二章线化超音速理论1．线化超音速流的压强系数2．线化超音速理论在超音速翼型绕流中的应用三、课程的教学设计要求及协助教学设计环节的说明本课程包含低速空气动力学和可压缩空气动力学两部分。
南京工业大学风力发电原理 第三章
三、风力机特性
④ 其他能量控制方法
一些老式的风轮机用叶片上的副翼控制转子输出的能量
另一种在理论上可行的办法是使风轮机偏离迎风方向，减小 风能输入。偏离控制技术只应用在小型机组上，因为偏离会 使转子受周期性变化的力，最终会破坏整个风力发电结构。
影响升力系数和阻力系数，对阻力系数 影响更大，也影响失速特性 雷诺数
空气惯量与粘性力之比。雷诺数越小，粘 性越大，阻力越大，升阻比减小
二、风力机转换理论
动量理论 1919年，德国物理学家贝兹首次提出贝兹法则：如果采
用风轮机，只能把不足16/27的风的动能转化成机械能。
气流是理想不可压缩的均匀定常流； 基 本 假 设 风轮简化成一个无限桨叶构成的桨盘 桨盘上没有摩擦力
二、风力机转换理论
风力发电机机舱内的组成
三、风力机特性
风轮机的能量控制
风轮机的设计思想是尽可能便宜的产生电能。风轮机的 设计是基于目标风场的风速条件，因此风轮机一般被设计 成在风速为8~15m/s时具有最佳的性能，即有最大的电能产 出。 ① 可调契角控制风轮机 通过监测风力发电机的电能输出，调节桨叶，使桨叶一次 轻微地转过一个角度，改变迎风面积，实现能量控制。这种 方式通常采用液压驱动装置进行调节。
空气动力学：叶片受到的空气作用力，升力、阻力
1 2 v Cl S 2 1 2 FD v Cd S 2 FL
升阻比：升力系数与阻力系数之比
升力：风力机有效工作，风力机发电扭矩
Cl Cd
阻力：风力机正面载荷
风力机对翼型要求：最大升阻比
一、风力机气动特性
翼型参数的影响
攻角 附着流 翼型类型 对称翼型 表明粗糙度 拱形翼型 前缘下垂 失速
二、风力机转换理论
风力机空气动力学-chenww.
第3章风力机空气动力学3.1 概述风力机功率的产生仰赖于转子和风之间的相互作用。
如第 2 章所述，风的流动可以看做是由均匀流动和剧烈波动叠加而成。
经验表明，风力机性能（指输出功率和平均负载）的主要是由均匀流动部分产生的气动力所决定。
周期性的气动力可以由切变风、偏轴风（off-axis winds）、转子旋转和由空气紊流和动力学影响诱发的随机脉动力引起，它是疲累负载的来源，也是影响风力机峰值负载的一个因素。
这些当然很重要，但是只有熟悉了稳态运行的空气动力学才能理解。
因此,本章首先关注的是稳态运行的空气动力学现象，关于非稳态空气动力学的复杂现象将在本章结尾简要介绍。
实际设计的水平轴风力机通过桨叶将风的动能转变有用的能量。
本章提供了相关背景材料，帮助读者理解浆叶工作中动力的产生，计算优化叶形，分析已知叶型和浆叶特性的转子的空气动力学性能。
多位作者已经给出了预测风力机转子稳态性能的方法。
古典的风力机分析方法最初是由Betz和Glauert (Glauert, 1935)在20世纪30年代发展的。
随后，理论被发展并且可以使用计算机求解(see Wilson and Lissaman, 1974, Wilson et al., 1976 and de Vries, 1979)。
在所有这些方法中，结合动量理论和叶片微元理论（blade element theory）形成的带流理论，能够计算转子环形截面的工作特性。
本章将运用带流理论，通过对每个环形截面的特性值求积分或求和得到完整转子的特性。
本章首先分析了理想风力机转子，介绍相关的重要概念并阐述了风力机转子及其绕流气体的一般特性。
这些分析也适用于确定风力机的理论极限性能。
之后将介绍一般的空气动力学概念，用于评价利用浆叶产生动力相对于其他方法的优势。
本章的大部分内容详细说明古典分析方法对水平轴风力机的分析，以及一些应用实例和应用。
首先详述了动量理论和叶片微元理论的发展，以及用它计算简单、理想运行状况下的最佳叶型。
南京工业大学《风力机空气动力学》教学大纲
«风力机空气动力学»课程编号:课程名称：风力机空气动力学英文名称：Aerodynamics of Wind Turbine总学时：48 (含实验学时4)总学分：3适用对象: 风能与动力工程专业的本科生先修课程：高等数学及有关的工程数学，理论力学，工程流体力学一、教学目的：本课程是风能与动力工程专业本科生的重要基础理论和技术基础课。
通过本课程学习使学生掌握有关空气动力学的基本概念、空气运动的基本规律，风作用在风力机上空气动力的基本理论，学会必要的分析计算空气动力的方法，掌握一定的实验技能和进行叶片气动设计和风场气动性能评估的初步方法，培养学生独立地分析和求解从风工程中简化出来的具体空气动力学力学问题的能力，为学习后继课程以及从事本专业工程技术工作提供必要的理论基础。
二、教学要求：深刻理解、熟练掌握并能综合应用空气动力学的基本知识、基本方程和方法分析解决一些风能空气动力学问题，进行一般推理和进行较复杂的计算。
理解、掌握基本理论和基本概念，掌握空气动力学问题的处理和分析方法，并能正确而有效地运用所学知识去分析和计算从工程实际问题中简化出来一般问题。
通过实验掌握压强、流速、气动力测量的基本方法和技能，培养学生通过感性认识加强对理论知识的理解，培养学生的实验技能及处理数据、分析结果和书写报告的能力。
三、教学内容：第零章绪论（2学时）0.1 风能利用发展简史0.2 中国风能资源与开发0.3 空气动力学的发展进程简介0.4 风电机组0.5 风力机空气动力学的主要研究内容及研究方法0.6 关于本课程与参考书第一章流体静力学（3学时）1.1 流体属性1.1.1 连续介质的概念1.1.2 流体的易流性1.1.3 流体的压缩性与弹性1.1.4 流体的粘性1.2 作用在流体微团上力的分类1.3 静止流体内任意一点的压强及其各向同性特征1.4 流体静力平衡微分方程1.5 重力场静止液体中的压强分布规律1.6 液体的相对平衡问题1.7 标准大气基本要求：理解连续介质假设、流体的基本物理属性，掌握流体力学中作用力的分类和表达、理想流中压强的定义及其特性，初步掌握静止流体微团的力学分析方法。
风力机空气动力学.
第三章风力机气动力学§3.1 总论风力机功率的产生依赖于转子和风的相互作用。
风由平均风和附加于上的强烈的湍流脉动合成。
风力机的平均功率输出和平均载荷等主要性能由平均气流的气动力决定。
周期性的气动力是疲劳载荷源和风力机峰值载荷的一个因素。
周期性的气动力可以由切变风、偏轴风（off-axis winds）、转子旋转、由空气紊流和动力学影响诱发的随机脉动力引起。
本章首先关注的是稳态运行的空气动力学现象，关于非稳态空气动力学的复杂现象将在本章结尾简要介绍。
本章为读者提供理解翼型产生功率的背景，以计算一个优化的叶片形状作为设计叶片的起点，对已知翼型特性线和叶型的转子分析其气动性能。
本章的大部分内容详细说明了采用古典分析方法分析水平轴风力机。
动量理论和基元叶片理论（blade element theory）构成了片条理论（strip theory）或基元叶片动量理论（BEM）。
以此计算转子环形截面的特性，然后通过积分就可以获得整个转子的特性。
内容分为：1、理想风力机的分析（Betz极限）2、翼型的运行和一般气动力概念3、重点放在水平轴风力机的经典分析方法和一些应用和例子§3.2 一维动量理论和贝兹极限控制体积和理想透平如图，气流通过透平只产生压力不连续，并假设●气流均匀，不可压缩，定常流动●气流无磨擦阻力●透平具有无限多叶片●推力均匀作用在转子叶轮旋转面上●尾流无旋转转子远上游和远下游静压等于无干扰时环境的静压设T 为风作用于风力机上的力，由动量定理可知，透平对风的作用力为：4114()()T m U m U m U U ∙∙∙=---=- (3.2.2) 对于稳态流动，14()()AU AU m ρρ==，m 是质量流量，这里ρ是空气密度，A 是横截面，U 是空气速度。
此外，还由理想流体伯努利方程可知：2211221122p U p U ρρ+=+ (3.2.3) 2233441122p U p U ρρ+=+ (3.2.4)因为14p p =，且通过透平的前后速度一样（23U U =）。
空气动力学 教学大纲
空气动力学一、课程说明课程编号：420202Z10课程名称（中/英文）：空气动力学／Aerodynamics课程类别：专业教育课程（专业基础课程）学时/学分：64/4先修课程：高等数学、理论力学、线性代数、机械原理适用专业：航空航天工程教材、教学参考书：《空气动力学》第一版，钱翼稷编著。
北京航空航天大学出版社，2004.9二、课程设置的目的意义本课程是航空航天专业教学计划中的一门专业理论基础课，也是飞行器设计与制造方向学生的必修课。
本课程设置的目的和意义是使学生通过本课程的学习获得流体力学基本知识和流体力学的基本原理；掌握空气动力学基本理论，以及空气动力学研究所必须的基本数学方法和分析手段；空气动力学的应用部分对工程问题进行简化处理的经验，使得学生能掌握空气动力学实验的基本原理、基本技能；初步具备对自然现象的观察结果进行理论分析的能力和解决空气动力学实践问题的能力。
三、课程的基本要求本课程分为：空气动力学基础和飞行器空气动力学。
空气动力学基础主要讲授：流体力学和空气动力学的基础理论和方法。
主要内容包括：流体与空气的物理性质、流体静力学、流体运动学与动力学基础、低速平面位流与奇点叠加原理、粘性流体动力学基础、边界层理论及其近似、高速可压流动等的基本原理。
这些是空气动力学应用部分的基础。
飞行器空气动力学主要讲授：翼型、机翼在低、亚音速、跨音速和超音速绕流时的空气动力特性的分析和计算方法以及所需的基本理论。
介绍飞行器空气动力学中的最主要的理论，阐述飞行器中各主要相关参数对飞行器气动特性的影响，并对目前广泛使用的一些空气动力数值解法作简单的介绍。
通过本课程的学习是使学生流体力学和空气动力学的基本理论、基本知识和基本实验技能，建立一些基本的流动概念，并具有一定的简单外形空气动力载荷计算能力。
本课程不仅为学生学习飞行器总体设计和飞行力学等相关专业课程起到承前启后的作用，为今后飞行器设计和空气动力学研究工作起到培养基本概念和开发创新能力的作用。
第八章 风力机空气动力学 new
V V1 (1 a) V2 V1 (1 2a)
风轮尾流处的轴向诱导速度是风 轮处的二倍。 1 V2 ∴ a 2 2V1 如果风轮吸收风的全部能量，即
而实际情况下，风轮仅能吸收部 分能量，因此 a 1/ 2 。
T
1 AV12 4a1 a 2
V2 0
风能专业课程《风力机空气动力学》源自12§8-1：基础理论
与前面比较，本节考虑风轮尾流的旋转。 气流在风轮上产生转矩时，也受到风轮的反作用力，由此气流产生了 一个反向的角速度，使尾流以相反的方向转动。
即、由于流体的粘性，激盘诱导了流动的旋转，导致激盘诱导的速 度沿激盘径向不是常数，或诱导因子a是变化的。同时，由于激盘的 转动，还会对流体产生周向的诱导速度,以及转动力矩，。
如果在风轮处气流的角速度和风轮的角速度相比是个小量的话， 那么一维动量方程仍可应用，仍假设风轮前后远方的气流静压相等。
取控制体如图
风能专业课程《风力机空气动力学》 13
§8-1：基础理论
应用动量方程，作用在风轮平 面圆环上的轴向力（推力）为
：单位时间流经风轮平面 dr dm
圆环上的空气质量流量,即
amax 1/ 2
风轮轴向力（推力）系 数 CT ，则 T CT 1 AV12 2 ∴ CT 4a1 a
风能专业课程《风力机空气动力学》
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§8-1：基础理论
根据能量方程，风轮吸收的能 量（风轮轴功率P）等于风轮前后 气流动能之差（据假设流动前后静 压不变)
P 1 1 V12 V22 AV V12 V22 m 2 2
风能专业课程《风力机空气动力学》
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§8-1：基础理论
尖速比越大，理论最大功率系数越大 当考虑风轮后尾流旋转时，风轮轴功率有 损失，风轮功率系数要减小 。 在轮毂附近，a就接近其理想值1/3 在转子中叶高以上，b接近于0。