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第1章 风能1

1.1风定义及特点1

1.2风力机1

1.3风能利用4

1.3.1并网发电厂5

1.3.2分散式并网发电系统5

1.3.3远程单机系统5

1.4风能发展的优势及局限6

1.5风能发展概览7

1.6世界风能发展7

1.7风能成本10

1.8风能社会成本11

1.8.1减少污染气体排放11

1.8.2减缓全球气候变化11

参考文献12

第2章 垂直轴风力机发展状况14

2.1 Madaras转子设想14

2.2萨沃纽斯垂直轴风力机15

2.2.1数学模型16

2.2.2实验研究18

2.3阻力驱动装置23

2.4升力驱动装置24

2.5 Giromill风力机25

2.6侧风轴装置涡流模型29

2.7气动特性30

参考文献30

第3章 达里厄风力机概念32

3.1引言32

3.2达里厄转子几何结构36

3.2.1悬链线型叶片37

3.2.2抛物型叶片39

3.2.3 Troposkien叶片40

3.2.4 Troposkien曲线修正型叶片46

3.2.5 Sandia型叶片48

3.3结果与讨论50

参考文献55

第4章 气动性能计算模型58

4.1单流管模型60

4.1.1气动性能63

4.1.2单流管模型与实验比较64

4.2多流管模型67

4.3涡流模型74

4.3.1自由尾迹涡模型74

4.3.2固定尾涡模型75

4.3.3涡流模型与实验比较77

4.4高速升力线模型77

4.5局部环流模型82

参考文献83

第5章 非定常空气动力学CFD模型85

5.1引言85

5.1.1动态失速现象88

5.1.2动态失速数值模拟89

5.2数值计算方案89

5.2.1控制方程89

5.2.2边界条件91

5.2.3有限单元离散92

5.2.4单元影响矩阵93

5.2.5牛顿线性化95

5.2.6算法96

5.3湍流模型96

5.3.1 Cebeci-Smith模型97

5.3.2 Johnson-King模99

5.4结果与讨论101

5.4.1测试案例102

5.4.2达里厄运动翼型107

5.4.3流场结构109

5.4.4气动特性113

5.4.5讨论114

5.5结论与建议117

参考文献118

第5章附录120

A-5.1动量方程变换120

A-5.2压力单值条件121

A-5.3气动力系数计算122

第6章 双致动盘多流管——实用设计模型123

6.1双致动盘理论123

6.2双致动盘动量理论124

6.3叶素理论129

6.3.1翼型气动特性130

6.3.2阻力和侧向力系数130

6.4达里厄风力机双致动盘多流管模型132

6.4.1气动模型134

6.4.2二次效应对达里厄转子气动特性的影响150

6.4.3流管膨胀模型160

6.5包含动态失速效应的达里厄风力机气动特性分析169

6.5.1概述170

6.5.2动态失速模型171

6.6湍流风况下的达里厄转子气动性能190

6.6.1气动分析192

6.6.2风模型194

6.7其他计算代码的预测效果比较199

6.7.1气动性能199

6.7.2与动量模型有关的结构力200

6.8达里厄转子的叶尖与有限展弦比效应202

6.8.1叶尖与有限展弦比效应202

6.8.2结果与讨论204

6.9 SNL翼型VAWTs性能预测207

6.10 CARDAAV软件211

6.10.1转子几何定义212

6.10.2运行工况213

6.10.3控制参数213

6.10.4结果214

参考文献215

第7章 气动载荷及性能测试221

7.1水槽实验222

7.1.1 Texas Tech大学水槽实验222

7.1.2达里厄风力机动态失速的水槽实验229

7.1.3黏性流动模型（VFFVAT）236

7.2风力机风洞实验237

7.2.1加拿大国家研究委员会风洞测试237

7.2.2 Sandia国家实验室风力机研究239

7.2.3达里厄转子气动载荷的计算值与实验值比较244

7.3达里厄风机户外测试249

7.3.1 Sandia 5 m研究用风力机249

7.3.2 NRC/Hydro-Quebec Magdalen Islands 24 m研究用风力机250

7.3.3 NRC/DAF 6.1 m风力机研究250

7.3.4 Lavalin Eole （64 m）研究用风力机252

7.3.5先锋Ⅰ号（15 m）悬臂式研究用风力机（荷兰）253

7.3.6 Sandia 17 m研究用风力机253

7.4商用风力机样机256

7.4.1 DOE 100 kW（17 m）达里厄风力机256

7.4.2 FloWind 17 m和19 m商用风力机256

7.4.3 Indal Technologies 50 kW（11.2 m）和6 400/500 kW（24 m）风力机256

7.5达里厄风力机力矩的测量与计算258

7.5.1简介258

7.5.2测量与数据简化260

7.5.3气动力矩的计算263

7.5.4气动力矩的测量和预测263

参考文献267

第8章 达里厄风力机创新型气动装置271

8.1自然层流翼型与变截面叶片271

8.2气动制动器279

8.3涡流发生器281

8.4泵致阻尼283

8.5前束角效果284

8.6叶片弯度287

8.7叶片粗糙度（污渍）、结冰和寄生阻力影响288

8.7.1叶片粗糙度影响288

8.7.2结冰影响291

8.7.3寄生阻力影响292

参考文献293

第9章 达里厄风力机设计发展趋势296

9.1风力机设计参数296

9.1.1扫掠面积296

9.1.2转子展弦比298

9.1.3叶片翼型301

9.1.4转子转速301

9.1.5转子实度301

9.1.6叶片材料及结构302

9.1.7达里厄转子中心支柱303

9.1.8水平支柱303

9.1.9拉索304

9.1.10悬臂式达里厄转子305

9.1.11刹车装置类型和位置306

9.1.12变速箱307

9.1.13传动机构307

9.1.14电动机／发电机308

9.1.15变速309

9.2达里厄风力机设计309

9.2.1达里厄风力机设计要点309

9.2.2未来可选设计310

9.3水平轴与垂直轴风力机比较311

9.3.1水平轴风力机与垂直轴风力机技术方面的比较312

9.3.2垂直轴风力机的可行性315

参考文献315

第10章 风能可接受性及其环境社会因素319

10.1引言319

10.2环境方面320

10.2.1人类环境方面320

10.2.2自然环境方面323

10.2.3风力机运行对环境的影响324

10.3气体排放：风能和其他能源325

10.4不同国家公众态度326

10.5社会影响328

10.6风能与传统能源329

参考文献331

附录A对称翼型空气动力学特性334

附录B加拿大与全球风能产量346

附录C全球风能网络网址353