空气动力学考试题与答案

(1~6)

一、概念

1、理想流体：忽略粘性的流体。

2、粘性：当流体各流层间发生相对滑移时，流体内部表现出阻碍这种相对滑

移的性质。

3、完全气体：忽略气体分子的体积，忽略分子间引力和斥力，忽略碰撞完全

弹性。

4、等温压缩系数：在可逆定温过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。

5、绝热压缩系数：在可逆绝热过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。

6、热胀系数：在准平衡等压过程中，温度每升高一个单位体积的膨胀率。

7、功率系数：风（空气）实际绕流风机后，所产生的功率与理论最大值

P max=1/2 V0

2A 之比。

8、贝兹极限：功率系数的最大值，其数值为0.593。

9、弦长：前、后缘点所连接直线段的长度。

10、骨架线（中轴线）：风力机叶片截面上内切圆圆心的连线。

11、弯度、最大弯度：中轴线与几何弦长的垂直距离称为弯度；中轴线上各点

弯度不同，其中最大值为最大弯度。

12、拱度、最大拱度：截面上弦的垂线与轮廓线有两个交点，这两个交点之间

的距离称为拱度；截面上弦的垂线上的拱度不同，其中最大值为最大拱度。

13、NACA4412 ：“NACA ”，美国航空总局标志；第一个“4”，表示最大弯度

出现在弦上距前缘点4/10 弦长处；第二个“4”，表示最大弯度为弦长的4%；“12” 表示最大拱度为弦长的12%。

14、简述绕流翼型产生升力的原因。

无穷远处均匀来流，绕流如图所示翼型，在尾部锐缘点处产生一个逆时针

的漩涡，均匀来流无涡，因此在翼型表面形成一个与尾涡大小相当，方向相反，

顺时针漩涡，使上表面流速加快，下表面流速减慢，由伯努利方程，上表面流速

减慢，压力增大，上下表面压差产生升力。

15、写出理想流体的伯努利方程（不计重力），并说明其物理意义。

P+1/2 V 2=常数（P/ +1/2=常数）

物理意义:流体压力势能与动能之间相互转化，二者之和守恒。

16、简述风能本身及当前风力发电产业链的优缺点。

风能本身优点：清洁、可再生、无污染、分布广

缺点:过于分散、难于收集、稳定性差

风力发电产业链优点：可再生、分布广

缺点：过于分散、难于集中与控制、稳定性差、使用寿命短、成本高17、风力机叶轮转速是多少？20~50r/min

励磁电机转速是多少？1000r/min、1500r/min、3000r/min

如何实现变速？通过变速齿轮箱来实现

二、图表分析与简答。

1、P27 图4.4

推力系数C T 关于a=0.5 对称。当a=0.5 时，C T 取最大值，C Tmax=1;当a=0

或1 时，C T 取最小值C Tmin=0; 功率系数C p 在a 0.33 时，取最大值，C pmax 0.59

（0.6，略小于0.6）；当a=0或1 时，C p 取最小值，C pmin=0。

2、P37 图5.2 与图5.3

图5.3 说明在同一推力系数下，闭式风轮的功率系数（功率）大于开式风轮；开式风轮的最大值略小于0.6，而闭式风轮没这个限制；其功率系数可接近1；采用闭式风轮后，最大功率系数C pma 所对应的推力系数C p 变小。

图5.2 说明采用闭式风轮后，C p.d 大于C p.b，同时流经风力机叶片的质量流量

也有所增加，md>mb；二者的增加率相等，即C p.d/C pb=m d/m b；最小增加率略大于50%，最大增加率80%左右。

2

3、比较各功率系数C p 计算公式，①Cp=4a(1-a)

②

Cp 8/ 2 a' (1 a) x3dx

③

Cp 8/ 2 a' (1 a)Fx 3dx

①仅考虑了一维动量理论，未考虑尾涡损失，更未考虑仅有的 3 个叶片不能充满整个风力机的叶片旋转平面，因此计算结果较大，误差也大；②考虑了尾涡损失，但未考虑仅有的 3 个叶片不能充满整个风力机的叶片旋转平面，因此计算结果中等，误差居中；③但考虑尾涡损失，又考虑仅有的 3 个叶片不能充满整个风力机的叶片旋转平面，因此计算结果最小，但最精确。

4、经典的叶素动量理论做了哪些假设？普朗特叶尖损失因子是对其中哪个理

论的修正？

（1）空气是完全气体，密度均匀，不可压缩；（2）空气是理想流体，即忽略空

气粘性；（3）径向性质相互独立，即在某个单元发生的情况不影响其他单元；（4）每个环形单元中，叶片作用在流体上的力是定常的；该假设对应叶片无穷的风轮。

对（2）进行了修正。

(7 ～~15 章)

1. 简述控制/ 调解的目的与方法.

目的: 保证风力机运行在设计范围内，

（1）风力机转速保持在特定范围内。

（2）风力机能偏航。

（3）功率输出保持在一定范围内。

（4）风力机能启动和停机。

方法: 为了限制高风速时的功率输出, 可采用以下四种策略，其中前两种最常用。

(1) 失速调节。

(2) 桨距调节。

(3) 偏航调节。

(4) 变速。

2. 已知发电机的极对数P=1,2,3, 求转速n。

P=1，n1=60f/p,n=3000r/min

P=2,n2=1500r/min

P=3,n 3=1000r/min

3

简述失速产生原因，及其对气（汽）当攻角 α 过大（ α>15o ）时，尾涡前移，使绕流不畅，阻力加大，减， 造成失速；前移尾涡内，空气对叶片有磨损和腐蚀作用，缩短气（汽）轮机使用 寿命，甚至直接损坏，飞机失速可能造成 4.P 7.3 ，说出失速调节的优缺点。 1，风速在16～24m /s 内变化，平均风速20m /s ，浮± 4m/s, 浮动率± 20%；

2，起初 τ=400~420s ，风力机未启动，异步发电机n 0≈ 100r/min, 但未静止，接下来 τ=420～445s 左右启动，风力机开始启动， n 0 开始从 100 r/min 上升至 600 r /m 1500 r /m i n ，τ=445s 后，风力机完全启风力机完全启动前发电机 在 τ=445s 左右瞬间， 发电机功三次 突变先由此可见失速调节优缺点：

优点：调节结果稳定，功率和转速稳定；

缺

点：在

风

力

机

完全

启

动

瞬

间，会

发

生

接

连

三

次功率突变

发电机；此 外，风力机停不下来，正常运行时功率较大。

5. 从原理上看，桨距调节和失速调节有什么不同？

每一个叶片都可以配置一个小的电动机，这样每一个叶片的桨距都 节。桨距角已经调节的叶片可以发挥启的作用，因此，在桨距调节， 无需像失速型风机那样， 在叶尖配置启。 通过调节整个叶片的桨距角就有

可能控制叶片攻角，从而控制功率输出。

6.P

7.53） 说明桨距调节的优缺点。

1，风速变在 10～25m /s 内变化，平均风速 17.5m /s ，浮动率± 37.53，在 0～200s 内，风力机未启动，异步发电机功率 P=0，转 速 n 0=0；200～250s ，风力机开始启动功率±0.5MW ，浮动率± 30%，有时达

± 50%。

优

点：

不

再

有突

变，

可

以

停机

，调节后

输

出功

率和转

速定值 1MW 和 1500 r/min 。 缺点：输出功率和转速振幅较大，不稳定。

7.P 7.12，说明该风力机在不同来流风速下，转速相对同一来流风速，随转速的增加，功率先增加后减小，相对不同的风速，同一

转速下，来流风速越大，输出功率越大；不同风速下，最大同，该转速随来流风速的增加而增大。

8. 从纯技术角度讲，什么是风机最优化设计？

从纯技术观点来看，所谓最优化设计， 就是给可能多的。 9.P 8.1 ，对风力机采用哪种设什么？

采用设计 2。

设计 虽然在设计风速上取得最速稍有偏离， C p 值下降快，功上取得平稳功率， 虽然 P m