风力机空气动力学

风力机空气动力学 宋俊编著 机 械 工 业 出 版 社 本书全面和系统地介绍了风力机空气动力学相关知识。全书共分为11章，包括绪论、气体运动学基础、气体动力学基础、水平轴升力型风力机概论、风力机经典动力学理论、风力机典型动力学专题、风力机翼型绕流理论、风力机系统气动弹性耦合、风力机数值分析技术、风力机模型气动试验和垂直轴风力机空气动力特性。另外，在附录中还介绍了大气边界层内的风特性以及风电场中的风力机尾流。 本书适合作为大专院校教材及对从事风力机设计、制造和使用的人员进行培训的教学用书，也可以作为风力机爱好者的自学读物。

前言 主要物理量符号表 第1章绪论1 11风能的利用1 12风力机概要2 121基本参数2 122组成2 123分类3 13气体的物理性质3 131气体易流动性及可压缩性4 132气体的连续介质模型4 133气体的密度和重度4 134气体的压缩系数及热膨胀系数6 135气体的黏性7 136作用在气体上的力8 137大气压强及压强的表示方法9 14风力机空气动力学概述10 141基本特点10 142研究内容11 143研究方法11 习题12 第2章气体运动学基础13 21基本概念13 211流场及其描述1 212研究气体运动的方法16 213迹线和流线19 214流管、流量和平均流速20 215动能与功率22 22连续性方程22 23气体微团运动的分析25 24理想气体的有旋流动30 241基本概念30 242斯托克斯定理32 243汤姆逊定理和亥姆霍兹旋涡定理33 244旋涡的诱导速度34 25有势流动和速度势函数36 251速度有势36 252定密度无旋流动的基本方程38 253曲线的速度环量与速度势38 254等势面39 26平面流动和流函数39 261流函数定义39 262流函数的基本性质40 263流函数方程的物面边界条件42 264流函数与速度势42 27湍流模型43 271雷诺平均44 272连续性方程46 习题46 第3章气体动力学基础48 31基本概念48 311气体动力学的基本方程48 312理想气体中的应力48 313气体质点的加速度49 32定密度黏性气体的运动方程50 33理想气体运动微分方程53 331欧拉方程53 332兰姆葛罗米柯方程53 333佛里德曼方程54 34欧拉积分和伯努利积分55 341欧拉积分55 342伯努利积分56 343伯努利方程57 35压缩性气体的伯努利方程58 36起始条件和边界条件59 361起始条件60 362边界条件60 37动量方程和动量矩方程60 371动量方程60 372动量矩方程61 38边界层理论62 381边界层及其特征62 382边界层微分方程63 383边界层的分离64 384再附现象65 39绕圆柱体流动——卡门涡街66 310湍流运动微分方程67 3101湍流黏性系数模型67 3102标准kε模型68 习题69 第4章水平轴升力型风力机概论71 41水平轴升力型风力机综览71 42风轮75 421几何定义75 422物理参数76 43叶片与翼型77 431叶片的外部特征77 432翼型78 44叶素81 441作用在叶素上的空气动力82 442叶素上的阻力源84 443叶素气动特性影响因素85 45风力机的运行及控制86 451风轮所受的空气动力载荷86 452叶片数87 453风力机的调节特性88 454风力机的控制目标和方式88 习题90 第5章风力机经典动力学理论91 51一维动量理论与贝茨极限91 52简化旋转尾流模型94 521诱导速度最佳关系式95 522最佳气流倾角97 53叶素动量理论——气流诱导因子算法101 54叶素动量理论——气流干扰因子算法103 55风轮整体参数108 56风力机经典动力学理论比较108 57风力机的实际风能利用系数109 571空气阻力的影响110 572有限叶片数的影响111 58风力机动力学参数的修正112 581应用叶尖和轮毂损失系数的修正112 582应用风轮所受推力的修正114 583存在风轮锥角的修正116 59实际风力机的功率特性116 习题117 第6章风力机典型动力学专题118 61尾迹涡流理论118 611涡流模型118 612固定尾迹涡模型120 613预定尾迹涡模型123 614自由尾迹涡模型126 62叶片的三维效应及动态绕流129 621失速延迟129 622动态失速131 623动态入流效应133 63风力机偏航的空气动力模型133 631固定偏航时的动量定理134 632动态尾流算法136 633偏航／倾斜模型137 习题138 第7章风力机翼型绕流理论139 71定密度理想气体平面无旋流动的概述139 72复势与复速度139 721复势与复速度定义139 722解的可叠加性140 73典型的简单平面势流及其复势140 731均匀流140 732源与汇141 733点涡143 734偶极流144 74圆柱绕流147 741无环量圆柱绕流147 742有环量圆柱绕流149 75定常绕流中的物体受力152 751勃拉休斯合力及合力矩公式153 752库塔儒可夫斯基升力定理155 76物体绕流的保角变换方法157 761无分离流动保角变换方法的基本思想157 762物理平面与辅助平面上对应的流动关系157 763解析变换的唯一性定理159 764任意柱形物体绕流变换为圆柱绕流的一般形式160 77儒可夫斯基绕流变换162 771儒可夫斯基变换162 772儒可夫斯基翼型绕流167 78库塔儒可夫斯基假定171 781库塔条件171 782翼型绕流环量形成的物理过程172 783推广的库塔儒可夫斯基假定173 79薄翼理论与气动特性173 791薄翼型绕流的扰动速度势及其分解174 792攻角弯度问题及其求解176 793薄翼型的升力和力矩179 习题180 第8章风力机系统气动弹性耦合181 81风力机气动弹性现象及耦合原理181 811叶片气动弹性稳定性181 812整机振动和稳定性184 82多体动力学基础184 821基本概念185 822多体动力学原理185 83气动弹性耦合原理188 831运动学连续性条件188 832动力学连续性条件189 833能量守恒条件189 84风力机系统的动力学模型及稳定性分析189 841坐标系190 842自由度数191 843质点相对运动动力学基本方程192 844风力机系统动力学方程192 845气动弹性动力响应分析197 846气动弹性稳定性分析197 习题198 第9章风力机数值分析技术200 91计算流体力学概述200 92建立数学模型201 921建立控制方程201 922确立边界条件及初始条件201 93确定离散化方法202 931划分计算网格202 932方程离散202 94对流场进行求解205 95显示计算结果205 96应用CFD方法的研究内容206 961对翼型气动性能的研究206 962对风轮气动性能的研究206 97常用的CFD 软件207 习题209 第10章风力机模型气动试验210 101风洞210 102相似理论212 1021相似条件212 1022动力相似准则215 1023相似结果217 1024模型机试验中的问题219 103量纲分析方法220 1031基本量纲与导出量纲220 1032量纲的一致性原理221 1033瑞利法221 1034π定理222 104风洞试验项目224 1041风力机风轮性能试验224 1042风力机风轮载荷试验225 1043风力机叶片压力分布试验226 1044风力机叶片流动显示试验227 105模型与洞壁干扰的修正228 1051常规洞壁影响修正228 1052侧壁干扰修正230 习题230 第11章垂直轴风力机空气动力特性231 111升力型垂直轴风力机231 1111结构形式231 1112达里厄型风力机的工作原理234 1113达里厄型风力机的基本理论234 112阻力型垂直轴风力机239 1121结构形式239 1122萨沃尼斯型垂直轴风力机241 1123阻力叶片空气动力分析242 习题243 附录244 附录A大气边界层内的风特性244 A1大气运动244 A11风的形成244 A12大气稳定度247 A13大气边界层248 A2平均风特性249 A21平均风速249 A22风力等级与风向250 A23风况252 A24风功率及风功率密度254 A3脉动风特性257 A31脉动风速257 A32湍流强度258 A33湍流相关性259 A34湍流积分尺度261 A35湍流功率谱密度263 A4极端风特性263 A41极端风263 A42重现期264 A5风能可利用区的划分264 附录B风电场中的风力机尾流265 B1半经验尾流模型265 B11无黏近场尾流模型265 B12丹麦半经验尾流模型266 B13AV尾流模型266 B2尾流区风特性269 B21尾流区平均速度269 B22尾流区脉动速度270 B3尾流对风力机性能的影响270 B31风力机串列布置270 B32风力机斜列布置271 B4尾流对风力机载荷的影响271 B5风力机布局272 参考文献273