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1 空气动力学的基本知识
111 升力和阻力
物体在空气中运动或者空气流过物体时, 物体将受到空气的作用力, 称为空气动力。通常空气动力由两部分组成: 一部分是由于气流绕物体流动时, 在物体表面处的流动速度发生变化, 引起气流压力的变化, 即物体表面各处气流的速度与压力不同, 从而对物体产生合成的压力; 另一部分是由于气流绕物体流动时, 在物体附面层内由于气流粘性作用产生的摩擦力。将整个物体表面这些力合成起来便得到一个合力, 这个合力即为空气动力。
风轮叶片是风力机最重要的部件之一。它的平面形状与剖面几何形状和风力机空气动力特性密切相关, 特别是剖面几何形状即翼型气动特性的好坏, 将直接影响风力机的风能利用系数。
气流绕风轮叶片的流动比较复杂, 是一个空间的三元流动。当叶片长度与其翼型弦长之比(展弦比) 较大时, 可以忽略气流的展向流动, 而把气流绕叶片的流动简化为绕许多段叶片元(即叶素) 的流动, 叶素之间互相没有干涉。当每个叶素的展向长度趋向无穷小时, 叶素就成了翼型, 空气绕叶素的流动就成了绕翼型的流动, 也就成了二元流动或平面流动。
图221 示出空气流过一块平板的情形, 平板面与气流方向形成一个夹角α, α称为攻角。由于平板上方和下方的气流速度不同(上方速度大于下方速度) ,因此平板上、下方所受的压力也不同(下方压力大于上方压力) , 总的合力F 即为平板在流动空气中所受到的空气动力, 其方向垂直于板面。此力可分解为两个分力: 一个分力Fy 与气流方向垂直, 它使平板上升, 称为升力; 另一个分力Fx 与气流方向相同, 称为阻力。升力和阻力与叶片在气流方向的投影面积S 、空气密度ρ及气流速度V 的平方成比例, 可以下式表示:
111 升力和阻力
物体在空气中运动或者空气流过物体时, 物体将受到空气的作用力, 称为空气动力。通常空气动力由两部分组成: 一部分是由于气流绕物体流动时, 在物体表面处的流动速度发生变化, 引起气流压力的变化, 即物体表面各处气流的速度与压力不同, 从而对物体产生合成的压力; 另一部分是由于气流绕物体流动时, 在物体附面层内由于气流粘性作用产生的摩擦力。将整个物体表面这些力合成起来便得到一个合力, 这个合力即为空气动力。
风轮叶片是风力机最重要的部件之一。它的平面形状与剖面几何形状和风力机空气动力特性密切相关, 特别是剖面几何形状即翼型气动特性的好坏, 将直接影响风力机的风能利用系数。
气流绕风轮叶片的流动比较复杂, 是一个空间的三元流动。当叶片长度与其翼型弦长之比(展弦比) 较大时, 可以忽略气流的展向流动, 而把气流绕叶片的流动简化为绕许多段叶片元(即叶素) 的流动, 叶素之间互相没有干涉。当每个叶素的展向长度趋向无穷小时, 叶素就成了翼型, 空气绕叶素的流动就成了绕翼型的流动, 也就成了二元流动或平面流动。
图221 示出空气流过一块平板的情形, 平板面与气流方向形成一个夹角α, α称为攻角。由于平板上方和下方的气流速度不同(上方速度大于下方速度) ,因此平板上、下方所受的压力也不同(下方压力大于上方压力) , 总的合力F 即为平板在流动空气中所受到的空气动力, 其方向垂直于板面。此力可分解为两个分力: 一个分力Fy 与气流方向垂直, 它使平板上升, 称为升力; 另一个分力Fx 与气流方向相同, 称为阻力。升力和阻力与叶片在气流方向的投影面积S 、空气密度ρ及气流速度V 的平方成比例, 可以下式表示:
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