風(fēng)力發(fā)電課程設(shè)計風(fēng)力機葉片設(shè)計

課 程 設(shè) 計設(shè)計題目： 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計 課程設(shè)計要求一、課程設(shè)計的目的和意義通過課程設(shè)計使學(xué)生能綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識，聯(lián)系生產(chǎn)及科研實際完成某一課程設(shè)計題目。培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程問題的能力以及一定的科研、實踐能力；培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、求實的治學(xué)方法和刻苦鉆研、勇于探索的精神；培養(yǎng)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)、創(chuàng)新意識和團隊精神等。課程設(shè)計過程中，深化有關(guān)理論知識，擴大知識面，獲得閱讀文獻、調(diào)查研究、總結(jié)提煉以及使用工具書和寫作等方面的綜合訓(xùn)練。通過課程設(shè)計工作可以有效地檢驗“教”、“學(xué)”質(zhì)量。二、課程設(shè)計對學(xué)生的要求1. 指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)正確、相對獨立地完成一項給定任務(wù)的全過程，包括資料收集、調(diào)研、方案比較、數(shù)據(jù)采集與處理、計算與結(jié)果分析、總結(jié)提煉觀點、得出結(jié)論、繪制有關(guān)圖表、編寫設(shè)計報告、說明講解與回答問題、課程設(shè)計考核等。嚴禁以任何方式抄襲他人成果或網(wǎng)上相關(guān)文章，也不能請他人代替完成設(shè)計，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，課程設(shè)計成績按不及格處理。2. 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，學(xué)生在設(shè)計開始較短時間內(nèi)(1-2 天) 應(yīng)掌握所進行課程設(shè)計的內(nèi)容，包括：資料收集與準備、設(shè)計任務(wù)與思路、工作任務(wù)分解、各階段任務(wù)的時間分配、暫時存在的問題等。3. 設(shè)計過程中，學(xué)生應(yīng)主動向指導(dǎo)教師匯報工作進度和遇到的疑難問題，爭取指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和監(jiān)督。指導(dǎo)教師會隨時進行指導(dǎo)，并抽查學(xué)生的設(shè)計進展情況。4. 學(xué)生應(yīng)嚴格遵守紀律。按指導(dǎo)教師要求，在規(guī)定時間、固定教室內(nèi)進行設(shè)計，如有特殊情況，應(yīng)及時告知指導(dǎo)教師，嚴格請假制度。5. 設(shè)計考核前學(xué)生需提交課程設(shè)計報告，設(shè)計報告應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范進行撰寫，并按指導(dǎo)教師要求整理、修改，及時上交。晚交設(shè)計報告，成績降檔處理；不交設(shè)計報告，按不及格處理。6. 屬下列情況之一者，不予考核并取消設(shè)計成績：(1)沒有保證設(shè)計時間，缺席時間三分之一以上者或未完成規(guī)定任務(wù)的最低限度要求；(2)剽竊他人設(shè)計結(jié)果或直接照抄他人設(shè)計報告；(3)設(shè)計結(jié)果存在較大錯誤，經(jīng)指導(dǎo)教師指出而未修改；(4)設(shè)計結(jié)果在書寫或其他方面未滿足規(guī)定的最低要求。三、課程設(shè)計考核1.課程設(shè)計的過程考核(1) 學(xué)生是否按設(shè)計任務(wù)書所提出的要求與時間，完成各階段所規(guī)定的任務(wù)。(2) 設(shè)計完成的質(zhì)量和完成過程中所表現(xiàn)的創(chuàng)造性和學(xué)習(xí)態(tài)度，包括出勤情況等。(3) 學(xué)生是否較好掌握設(shè)計所涉及的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識等。(4) 設(shè)計報告思路是否清晰，文字、公式及圖表等是否符合規(guī)范，報告上交是否及時等。(5) 必要時學(xué)生需上交課程設(shè)計草稿，設(shè)計結(jié)束當(dāng)天進行答辯或筆試考核等。2.課程設(shè)計的成績評定課程設(shè)計成績評定采用優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級分制記分，成績包括平時答疑成績、設(shè)計說明書成績和答辯成績?nèi)糠?，其中平時答疑占 20 分，設(shè)計說明書成績占 40 分，答辯成績占 40 分。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計- 1 -設(shè)計內(nèi)容及要求1設(shè)計目的：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計是新能源科學(xué)與工程專業(yè)重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生熟練掌握風(fēng)力機葉片工作原理，并能夠通過結(jié)合動量葉素理論相關(guān)知識與給定的環(huán)境條件設(shè)計出工作葉片，鞏固和提高其風(fēng)力機葉片設(shè)計及制造知識，樹立其理論知識指導(dǎo)設(shè)計的工作思想，加深其對現(xiàn)場生產(chǎn)實際的了解，培養(yǎng)其對工程技術(shù)問題嚴肅認真、負責(zé)的態(tài)度，為其以后從事實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。2設(shè)計內(nèi)容和要求：一、設(shè)計內(nèi)容：（1）基于葉素和動量理論設(shè)計水平軸風(fēng)力機葉片；（2）繪制風(fēng)力機葉片弦長隨葉片展向長度的變化曲線；（3）繪制風(fēng)力機葉片扭角隨葉片展向長度的變化曲線；（4）繪制設(shè)計風(fēng)力機的 性能曲線；pC（5）編寫設(shè)計說明書，并附上必要的計算公式；（6）分組分別設(shè)計出不同翼型的風(fēng)力機葉片。2、設(shè)計要求：（1）掌握風(fēng)力機葉片設(shè)計原理；（2）掌握風(fēng)力機葉片設(shè)計過程；（3）完成風(fēng)力機葉片參數(shù)的確定；（4）按時提交課程設(shè)計報告、圖紙，課程設(shè)計報告不少于 5000 字，統(tǒng)一用 A4 紙，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計- 2 -符合科技文體規(guī)范。主要內(nèi)容及裝訂順序：封面、課程設(shè)計要求、課程設(shè)計任務(wù)書、課程設(shè)計任務(wù)分配表、成績考核表、摘要、目錄、設(shè)計計算說明書正文、設(shè)計日志、總結(jié)；（5）設(shè)計計算說明書正文部分應(yīng)該包括以下幾項內(nèi)容： 1）前言， 2）設(shè)計任務(wù)簡述， 3）設(shè)計理論， 4）設(shè)計過程， 5）設(shè)計數(shù)據(jù)， 6）設(shè)計圖表， 7）設(shè)計結(jié)論，8）參考文獻 ；（6）設(shè)計報告嚴禁抄襲，否則按不及格論；（7）繪圖要求準確；（8）按時做好答辯用 PPT，參加課程設(shè)計答辯。3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求一、對于給定的風(fēng)力機工作環(huán)境以及功率按照給定的參數(shù)設(shè)計風(fēng)力機工作葉片每組同學(xué)數(shù)據(jù)給定情況不同可以采用手算和計算機編程序兩種方式進行，在答辯時要提前說明計算方法以及在每種方法中遇到的問題，經(jīng)教師校驗方法正確后方可進行答辯。二、編制課程設(shè)計計算說明書設(shè)計計算說明書中應(yīng)附上主要計算公式以及適用條件、工作原理、設(shè)計方法、系統(tǒng)構(gòu)成及流程、計算成立條件，字數(shù) 5000 字（至少要 3000 字），要求條理清晰，邏輯嚴密，字跡工整。4主要參考文獻：1 風(fēng)力機設(shè)計理論及方法.趙丹平.北京大學(xué)出版社,2012.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 .范海寬.北京大學(xué)出版社,2013.3 風(fēng)力機空氣動力學(xué) .吳雙群.北京大學(xué)出版社,2009.4 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計、運行與維護. 葉杭冶.電子工業(yè)出版社,2010.5 風(fēng)力機設(shè)計、制造與運行. 何顯富,盧霞等.化學(xué)工業(yè)出版社,2009.6 風(fēng)力發(fā)電機組原理及應(yīng)用(第 2 版). 姚興佳,宋俊.機械工業(yè)出版社,2009.7 風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計 .芮曉明.機械工業(yè)出版社,2010.8 CAD 繪圖的相關(guān)資料及其他風(fēng)力發(fā)電相關(guān)書籍、技術(shù)文章等.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計- 3 -5所用基礎(chǔ)理論：根據(jù)動量理論，描述作用在風(fēng)輪上的力與來流速度之間的關(guān)系。根據(jù)葉素理論，將風(fēng)輪葉片沿展向分成許多微段，即葉素，并假設(shè)在每個葉素上作用的氣流相互之間沒有干擾，作用在葉片上的力可分解為升力和阻力。葉素-動量理論，假設(shè)各個葉素單元作用相互獨立，各個圓環(huán)之間沒有徑向干擾，軸向誘導(dǎo)因子并不沿著徑向方向改變。6相關(guān)參數(shù)的選定：（1）額定風(fēng)速： m/s（2）額定功率： kW（3）起動風(fēng)速：m/s（4）機電效率：（5）抗最大風(fēng)速：m/s（6）風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：rpm（7）風(fēng)能利用系數(shù)：（8）傳動效率：（9）發(fā)電機效率：（10）葉片材料：碳纖維復(fù)合材料7. 常用變量參數(shù)聲明：Pu-額定功率P-設(shè)計計算功率P-風(fēng)流經(jīng)風(fēng)輪損失功率D-風(fēng)輪直徑L-葉片長度B-葉片數(shù)C-葉片剖面弦長-風(fēng)輪實度R-風(fēng)輪半徑r-葉素距旋轉(zhuǎn)中心的距離A-風(fēng)輪掃過的面積風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計- 4 -U1-額定風(fēng)速，來流風(fēng)速U2-風(fēng)流過風(fēng)輪后的下風(fēng)向風(fēng)速-葉素攻角，最佳攻角Cl-升力系數(shù)Cd-阻力系數(shù)-葉素入流角-葉素扭角，槳距角-r/R 葉素到旋轉(zhuǎn)中心距離與風(fēng)輪半徑的比值Cx-法向力系數(shù)Cy-切向力系數(shù)-風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)角速度，額定旋轉(zhuǎn)速度-葉素旋轉(zhuǎn)速度與主流風(fēng)速比。-葉尖速比W-葉素合成流速r-葉片弦長實度M-葉片轉(zhuǎn)矩T-風(fēng)輪軸向推力a-軸向誘導(dǎo)因子b-周向誘導(dǎo)因子8工作計劃及進度：第一章 緒論1.引言隨著化石能源的過渡消耗以及其對環(huán)境帶來的嚴重影響，風(fēng)能憑其清潔、可循環(huán)利用等諸多優(yōu)點而越來越受到重視，各國都在積極開發(fā)利用本國的風(fēng)能資源，中國也不例外。探索小型風(fēng)力發(fā)電機復(fù)合材料葉片設(shè)計與制造方能源是人類社會發(fā)展的不竭動力，現(xiàn)今化石能源風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計- 5 -的日益枯竭和其帶來的環(huán)境 污染問題成為困擾社會的兩大難題。破解迷局的重要方式之一是用清潔能源代替 傳統(tǒng)能源，而風(fēng)力發(fā)電正是清潔能源中技術(shù)最成熟，價格最接近傳統(tǒng)火力發(fā)電的 新能源。風(fēng)力發(fā)電在全球方興未艾，歐洲計劃在 2020 年使風(fēng)力發(fā)電量達到總發(fā)電量的 12，其他各發(fā)達國家也正在大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。中國風(fēng)能資源豐富，非 常適合發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。本文對占我國面積 50地域的風(fēng)能可利用區(qū)進行了研 究，這里居住著我國絕大多數(shù)的貧困人口、農(nóng)牧民和邊防軍人，發(fā)展適合那里的 偏低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可以改善生活條件和生存環(huán)境并且可以促進當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。風(fēng)能可利用區(qū)大于 3ms 風(fēng)速每年只有 20004000h，而如今的風(fēng)能發(fā)電技 術(shù)都屬高風(fēng)速技術(shù)，啟動風(fēng)速較高，不適合在這一地區(qū)應(yīng)用。要更高效的利用這 么廣大地域的風(fēng)能只有發(fā)展新型適合偏低風(fēng)速地域的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，而葉片又是 風(fēng)力發(fā)電機中最重要的單元。葉片設(shè)計的好壞決定了風(fēng)力發(fā)電機的優(yōu)劣。 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風(fēng)能約為 2.74109MW，其中可利用的風(fēng)能為 2107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大 10 倍。風(fēng)很早就被人們利用-主要是通過風(fēng)車來抽水、磨面等，而現(xiàn)在，人們感興趣的是如何利用風(fēng)來發(fā)電。 把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械動能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電力動能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。風(fēng)力機空氣動力學(xué)課程設(shè)計是風(fēng)能與動力工程專業(yè)中重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生熟練掌握風(fēng)力機葉片工作原理，并能夠通過結(jié)合動量葉素理論相關(guān)知識與給定的環(huán)境條件設(shè)計出工作葉片，鞏固和提高其風(fēng)力機葉片設(shè)計及制造知識，樹立其理論知識指導(dǎo)設(shè)計的工作思想，加深其對現(xiàn)場生產(chǎn)實際的了解，培養(yǎng)其對工程技術(shù)問題嚴肅認真、負責(zé)的態(tài)度，為其以后從事實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。2.設(shè)計任務(wù)簡述。（1）、課程設(shè)計的流程風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計- 6 -（2）.概念設(shè)計內(nèi)容a.葉輪直徑計算與設(shè)計b.額定風(fēng)速與轉(zhuǎn)速的確定c.功率控制方式e.葉片性能分析與計算f.葉片造型的設(shè)計第二章 葉片設(shè)計理論1、葉素理論葉素理論的基本出發(fā)點是將風(fēng)輪葉片沿展向分成許多微段，稱這些微段為葉素。假設(shè)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計- 7 -每個葉素上的流動相互之間沒有干擾，即葉素可以看成是二維翼型，這時，將作用在每個葉素的力和力矩沿展向積分，就可以求得作用在風(fēng)輪上的力和力矩。對每個葉素來說，其速度可以分解為垂直于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面的分量 和平行風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面0yV的分量 ，速度三角形和空氣動力分量如圖 2-3 所示。圖中： 角為入流角， 為迎角，0yV 為葉片在葉素處的幾何扭角。合成氣流速度 引起的作用在長度為 dr 葉素上的空氣動力 可以分解為法向力 和0VdaFndF切向力 ， 和 可分別表示為tdFat（2-1）201nncCdr20t tdFV其中 空氣密度；c葉素剖面弦長；e、q分別表示法向力系數(shù)和切向力系數(shù)，即（2-2）nossinl dCCicotl這時，作用在風(fēng)輪平面 dr 圓環(huán)上的軸向力可表示為（2-3）201cvndTBCdr式中 B-葉片數(shù)。作用在風(fēng)輪平面 dr 圓環(huán)上