空气动力学考试题与答案

时间：2025-04-20

总结此科目的考试题与分析

(1~6)

一、概念

1、理想流体：忽略粘性的流体。

2、粘性：当流体各流层间发生相对滑移时，流体内部表现出阻碍这种相对滑移的性质。

3、完全气体：忽略气体分子的体积，忽略分子间引力和斥力，忽略碰撞完全弹性。

4、等温压缩系数：在可逆定温过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。

5、绝热压缩系数：在可逆绝热过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。

6、热胀系数：在准平衡等压过程中，温度每升高一个单位体积的膨胀率。

7、功率系数：风（空气）实际绕流风机后，所产生的功率与理论最大值Pmax=1/2 V02A之比。

8、贝兹极限：功率系数的最大值，其数值为0.593。

9、弦长：前、后缘点所连接直线段的长度。

10、骨架线（中轴线）：风力机叶片截面上内切圆圆心的连线。

11、弯度、最大弯度：中轴线与几何弦长的垂直距离称为弯度；中轴线上各点弯度不同，其中最大值为最大弯度。

12、拱度、最大拱度：截面上弦的垂线与轮廓线有两个交点，这两个交点之间的距离称为拱度；截面上弦的垂线上的拱度不同，其中最大值为最大拱度。

13、NACA4412：“NACA”，美国航空总局标志；第一个“4”，表示最大弯度出现在弦上距前缘点4/10弦长处；第二个“4”，表示最大弯度为弦长的4%；“12”表示最大拱度为弦长的12%。

14、简述绕流翼型产生升力的原因。

无穷远处均匀来流，绕流如图所示翼型，在尾部锐缘点处产生一个逆时针的漩涡，均匀来流无涡，因此在翼型表面形成一个与尾涡大小相当，方向相反，顺时针漩涡，使上表面流速加快，下表面流速减慢，由伯努利方程，上表面流速减慢，压力增大，上下表面压差产生升力。

15、写出理想流体的伯努利方程（不计重力），并说明其物理意义。

P+1/2 V2=常数（P/ +1/2=常数）

物理意义:流体压力势能与动能之间相互转化，二者之和守恒。

16、简述风能本身及当前风力发电产业链的优缺点。

风能本身优点：清洁、可再生、无污染、分布广

缺点:过于分散、难于收集、稳定性差

风力发电产业链优点：可再生、分布广

缺点：过于分散、难于集中与控制、稳定性差、使用寿命短、成本高

17、风力机叶轮转速是多少？ 20~50r/min

励磁电机转速是多少？ 1000r/min、1500r/min、3000r/min

如何实现变速？通过变速齿轮箱来实现

二、图表分析与简答。

1、P27 图4.4

推力系数CT关于a=0.5对称。当a=0.5时，CT取最大值，CTmax=1;当a=0或1时，CT取最小值CTmin=0; 功率系数Cp在a 0.33时，取最大值，Cpmax 0.59

总结此科目的考试题与分析

（0.6，略小于0.6）；当a=0或1时，Cp取最小值，Cpmin=0。

2、P37 图5.2与图5.3

图5.3 说明在同一推力系数下，闭式风轮的功率系数（功率）大于开式风轮；开式风轮的最大值略小于0.6，而闭式风轮没这个限制；其功率系数可接近1；采用闭式风轮后，最大功率系数Cpma所对应的推力系数Cp变小。

图5.2 说明采用闭式风轮后，Cp.d大于Cp.b，同时流经风力机叶片的质量流量也有所增加，md>mb；二者的增加率相等，即Cp.d/Cpb=md/mb；最小增加率略大于50%，最大增加率80%左右。

3、比较各功率系数Cp计算公式，①Cp=4a(1-a)2

②

Cp 8/ 2 a'(1 a)x3dx 0

③

①仅考虑了一维动量理论，未考虑尾涡损失，更未考虑仅有的3个叶片不能充满整个风力机的叶片旋转平面，因此计算结果较大，误差也大；②考虑了尾涡损失，但未考虑仅有的3个叶片不能充满整个风力机的叶片旋转平面，因此计算结果中等，误差居中；③但考虑尾涡损失，又考虑仅有的3个叶片不能充满整个风力机的叶片旋转平面，因此计算结果最小，但最精确。

4、经典的叶素动量理论做了哪些假设？普朗特叶尖损失因子是对其中哪个理论的修正？

（1）空气是完全气体，密度均匀，不可压缩；（2）空气是理想流体，即忽略空气粘性；（3）径向性质相互独立，即在某个单元发生的情况不影响其他单元；（4）每个环形单元中，叶片作用在流体上的力是定常的；该假设对应叶片无穷的风轮。对（2）进行了修正。

(7～~15章)

1.简述控制/调解的目的与方法.

目的:保证风力机运行在设计范围内，

（1）风力机转速保持在特定范围内。

（2）风力机能偏航。

（3）功率输出保持在一定范围内。

（4）风力机能启动和停机。

方法:为了限制高风速时的功率输出,可采用以下四种策略，其中前两种最常用。

(1)失速调节。

(2)桨距调节。