风力机空气动力学

《风力机空气动力学》一书由该领域内的一位经验丰富教师（同时也是研究员）所编写，该书提供了关于风力机空气动力学的全面介绍。本书分为10章，每一章都包含了关于风力机空气动力学特定主题的介绍。本书在开篇对不同类型的风力机进行了一个概观，接着是全面介绍了流体力学，包括不同形式的基本流体力学方程和其他相关内容，如势流理论、边界层理论和湍流。作为设计风力机风轮重要理论支撑的动量理论，被单独设为内容紧凑的一章。该章节描述了基本动量理论和重要叶素动量理论。本书还囊括了能够体现当前先进水平的空气动力模型。这其中包括了涡流模型和计算流体动力学(CFD)技术，以及介绍了常见的湍流模型。本书给出了风力机空气动力学实验的概观，以及关于桨叶设计的气动影响。 《风力机空气动力学》是一本主题贴近时下热点，并能给本科生带来高价值的教科书。该书同样也适用于想要快速了解风力机空气动力学的工程师。 

《风力机空气动力学》是一本内容详实的经典教材，它阐述了如何将流体力学基础知识应用于现代风机的设计当中。本书呈现了流体力学的基础理论以及流入边界条件，并深入介绍了有关风力机空气动力学的主要理论。在论述了大量相关实验之后，本书将这些知识加以运用，探讨理论模型在风轮叶片设计上的应用前景。本书对从事风力机设计、制造的工程师以及风力发电相关专业的师生有重要的参考价值。

译者序原书序言原书前言致谢关于作者术语表词汇表第1章概论11风力机空气动力学的含义12习题参考文献第2章风力机类型21水平轴风力机的历史回顾和发展现状22非标准水平轴风力机23小型风力机24垂直轴风力机25扩散体增强型风力机26阻力式风力机27反向旋转风力机28小结29习题参考文献第3章流体力学基础31空气的基本属性32流体力学定律积分表达式321质量守恒322动量守恒323能量守恒33流体运动微分方程331微分表达式下的连续方程332动量守恒333能量微分方程34黏度和纳维—斯托克斯方程35势流351常见3D势流3522D势附流353在半无限薄板后的2D势流3542D分离流36涡度的流体力学公式361流动和力362薄翼型理论363涡流片364无黏流中的涡流37边界层理论371边界层的概念372压力梯度与边界层373积分边界层方程38层流稳定性39湍流391引言392湍流数学理论393湍流的物理学基础394Kolmogorov 理论395耗散尺度396湍流的随机过程阐释397湍流边界层398壁面的对数法则310在低层大气中的湍流风311习题参考文献第4章风力机的入流条件41入流条件对风轮性能的重要性42风剪切43不稳定气流与湍流44测风45合成风46习题参考文献第5章动量理论51一维动量理论511外力512功率513关于Betz-Joukovski极限的评论52一般动量理论53一般动量理论的局限和扩展54叶素动量理论541原始公式542工程修正543与真实风轮设计的对比55风轮I56垂直风轮57习题参考文献第6章涡流理论的应用61风力机气流中的涡流62案例分析63涡斑64涡线641有限长涡线642涡核尺寸的初步观察643螺旋涡线65螺旋涡面66流函数涡量理论661非线性致动盘理论662风力机中的应用67第二种优化旋翼68习题参考文献第7章计算流体力学的应用71引言72预处理73求解数值方程731微分方程的离散化732边界条件733代数方程的数值处理74后处理：显示并检验结果75CFD中湍流的建模751Prandtl混合长度模型752单方程模型753SpalartAllmaras模型754双方程模型755标准kε模型756kε模型与重整化群理论757湍流物理量在近壁情况下的边界条件758低雷诺数模型759Menter剪应力传递模型7510Reynolds应力模型7511直接数值模拟7512大涡模拟模型（LES）76转捩流动77风力机旋翼的致动盘和致动线模型771模型描述和案例772有限叶片数量的叶素动量理论改进模型78风力机风轮的全尺寸CFD模型781NERL Phase VI风力机782MEXICO旋翼783商用风力机79CFD应用的总结710习题参考文献第8章相关实验81二维翼型数据的测量82风力机功率曲线的测量83IEAwind Field Rotor实验831国际能源署与风能协议组832IEAwind课题组附录AnnexXIV和XVIII833三维架构中的攻角84FFA/CARDC风洞实验85NREL NASAAmes风洞实验86MEXICO与Mex Next8612006年实验862MexNext数据利用863偏航中的风力机87边界层实验871引言872风力机叶片上的层流部分873DANAERO MW实验874热膜测量88风力机动力学实验总结89习题参考文献第9章气动对桨叶设计的影响91桨叶设计的任务92风力机桨叶的翼型93空气动力装置931涡流发生器932Gurney襟翼94结构设计和生产941结构设计942生产95现代桨叶的形状实例96习题参考文献第10章关于未来发展的总结101当前发展状况102发展趋势103展望参考文献附录解答A1章节12习题解答A2章节29习题解答A3章节311习题解答A4章节46习题解答A5章节57习题解答A6章节68习题解答A7章节710习题解答A8章节89习题解答A9章节96习题解答

前言风电的现代发展是一个由企业家、工程师和科学家共同努力书写的非凡故事。如今，风电装机量以年均30%的速度在增长，已经成为了发展快的可再生能源。在过去的20年内，风力机的尺寸不断增大，风轮直径从30m增长到了150m，对应的功率增长则超过了25倍。在同时期内，关于使用空气动力学工具来开发载荷桨叶的相关知识及科学水平得到了大幅提升。现今，风力机空气动力学已经成为了现代空气动力学的研究前沿之一。风力机空气动力学所关注的是风力机刚体结构特别是桨叶的建模及受力预测。空气动力学是一门用来预测风力机性能和载荷的重要中心学科，同时，它是风力机设计、开发和优化的先决条件。以局外人的视角来看，风力机空气动力学与其他空气动力学分支（比如固定翼飞机或者直升机气动学）相比，看起来似乎要简单许多。然而，风力机空气动力学却包含一些其他空气动力学分支所不具备的复杂性。突出的一点是，飞机在飞行中通常是不会出现空气失速现象的，但该现象却是风力机运行的一个内在组成部分。此外，风力机的运行受到多种气动因素影响，包括大气湍流、大气边界层风切变、随时空改变的风向以及邻近风力机的尾流效应。《风力机空气动力学》一书由该领域内的一位资深教师（同时也是研究员）所编写，该书提供了关于风力机空气动力学的全面介绍。本书分为十章，每一章都包含了关于风力机空气动力学特定主题的介绍。本书在开篇对不同类型的风力机进行了一个概观，接着是全面介绍了流体力学，包括不同形式的基本流体力学方程和其他相关内容，如势流理论、边界层理论和湍流。作为设计风力机风轮重要理论支撑的动量理论，被单独设为内容紧凑的一章。该章节描述了基本动量理论和重要叶素动量理论。本书还囊括了能够体现当前先进水平的空气动力模型。这其中包括了涡流模型和计算流体动力学(CFD)技术，以及介绍了常见的湍流模型。本书的后一部分给出了风力机空气动力学实验的概观，以及关于桨叶设计的气动影响。 《风力机空气动力学》是一本主题贴近时下热点，并能给本科生带来高价值的教科书。该书同样也适用于想要快速了解风力机空气动力学的工程师。Jens Nørkær Sørensen丹麦技术大学丹麦哥本哈根，2014