風力機技術及其設計

張振華，工程師，2005至2009從事數學教學工作，2009至2012從事電子設計研發(fā)。2015至今從事電氣自動化研發(fā)與軟件編寫。

譯者序

原書前言

第1部分　空氣動力學1

第1章　風力機葉片設計2

1.1　簡介2

1.2　理論最大效率3

1.3　推動力3

1.4　實際效率5

1.5　水平軸風力機的葉片設計6

1.5.1　葉尖速度比6

1.5.2　葉片的平面形狀和數量7

1.5.3　配置9

1.5.4　空氣動力學12

1.5.5　扭轉角14

1.5.6　非設計工況和功率調節(jié)14

1.5.7　智能葉片設計15

1.5.8　葉片形狀綜述17

1.6　葉片負載17

1.6.1　氣動負載18

1.6.2　重力和離心力負載19

1.6.3　結構負載分析19

1.6.4　揮舞彎曲20

1.6.5　擺振彎曲21

1.6.6　疲勞負載22

1.6.7　葉片結構區(qū)域22

1.7　總結23

參考文獻24

第2章　使用聚風環(huán)技術的高功率輸出風力機27

2.1　簡介27

2.2　風力收集加速裝置的開發(fā)（具有邊緣的擴散器護罩，被稱為“聚風環(huán)”） 28

2.2.1　選擇擴散器型結構作為基本形式28

2.2.2　形成渦流的環(huán)形板（被稱為“邊緣”）的思想29

2.2.3　一種具有邊緣擴散器護罩的風力機的特性31

2.3　覆蓋風力機具有邊緣的緊湊型擴散器的開發(fā)32

2.3.1　緊湊型聚風環(huán)風力機輸出性能測試的試驗方法33

2.3.2　作為聚風環(huán)的緊湊型邊緣擴散器形狀的選擇33

2.3.3　具有緊湊型擴散器聚風環(huán)的風力機的輸出功率35

2.3.4　現場試驗36

2.4　在中國應用5kW風力機為農業(yè)灌溉提供穩(wěn)定的電力37

2.5　有效利用城市海濱的風能38

2.6　總結40

參考文獻41

第3章　應用樹脂成型工藝對使用復合材料的風力機葉片的生態(tài)模制42

3.1　簡介42

3.2　生態(tài)模制方法43

3.2.1　生態(tài)模制的概念43

3.2.2　概率方法的應用44

3.3　葉片結構、材料和機械特性45

3.3.1　三明治結構45

3.3.2　機械特性45

3.3.3　幾何結構和尺寸46

3.4　RTM成型工藝47

3.5　滲透性的公式化（達西定律） 48

3.5.1　測量滲透率原理（一維流1D） 48

3.5.2　縱向滲透率與橫向滲透率（三維流3D） 48

3.6　結果與討論51

3.6.1　一個單向層情況下樹脂流動行為的仿真51

3.6.2　兩個單向層情況下樹脂流動行為的仿真52

3.7　總結54

參考文獻54

第4章　利用微分進化算法對垂直軸風力機氣動外形的優(yōu)化56

4.1　簡介56

4.1.1　可替代能源56

4.1.2　風力機類型56

4.1.3　計算模型57

目　錄Ⅺ

4.1.4　目標58

4.2　垂直軸風力機的性能58

4.2.1　風速和葉尖速度比58

4.2.2　幾何形狀確定59

4.2.3　性能預測59

4.3　方法論60

4.3.1　要求60

4.3.2　針對性模塊化設計61

4.4　工具箱61

4.4.1　幾何外形生成61

4.4.2　網格生成63

4.4.3　求解器65

4.4.4　后處理65

4.4.5　優(yōu)化66

4.5　結果68

4.5.1　網格依賴性研究68

4.5.2　基線幾何形狀70

4.5.3　實例1：3參數優(yōu)化72

4.5.4　實例2：4參數優(yōu)化77

4.6　總結81

參考文獻81

第2部分　發(fā)電機與齒輪系統(tǒng)83

第5章　風力發(fā)電機中具有輔助繞組的感應電機的性能評估84

5.1　簡介84

5.2　風力發(fā)電機85

5.3　提出的技術86

5.4　實驗結果89

5.5　探討與總結91

參考文獻92

第6章　在風力機齒輪箱中有關疲勞度評估的動態(tài)齒輪接觸力的時域建模

與分析94

6.1　簡介94

6.2　風力機的時域分析95

6.3　齒輪的轉矩反向問題98

6.4　時域仿真的統(tǒng)計學不確定性影響102

6.5　簡化的齒輪接觸疲勞分析106

6.6　總結110

參考文獻111

本書旨在介紹一些關于風力機設計的基本原理。在不同的章分別討論了風力機性能的分析方法、風力機的改善途徑、故障診斷以及如何調整風力機在使用中出現的不利因素。本書的內容被分為5個部分：第1部分主要介紹風力機葉片的設計，第2部分對發(fā)電機和齒輪系統(tǒng)進行了詳細的介紹，第3部分關注于風力機塔架及其基礎的問題，第4部分講述其控制系統(tǒng)，后一部分討論了一些風力機在環(huán)境方面的問題。

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