【正文】 ? ?0 ?CT 翼剖面的升力特性 用升力系數(shù) Cl隨攻角 ?變化的曲線（升力特性 曲線）來描述。如圖。 說明 ： ? 在 ?0～ ?CT之間， CL與 ?呈近似的線性關(guān)系表明隨著 ?的增加，升力 L逐漸加大。 ? 當(dāng) ?=?CT時(shí)， CL達(dá)到最大值 CLmax。 ?CT稱為臨界攻角或 失速攻角 。當(dāng) ??CT時(shí)， CL下降。 ? 當(dāng) ?=?0(0)時(shí)， CL=0，表明無升力。 ?0稱為零升力角，對(duì)應(yīng)零升力線。 用阻力特性曲線來描述 。 CD CDmin ?CDmin ? 兩個(gè)特征參數(shù)： 最小阻力系數(shù) CDmin及對(duì)應(yīng)攻角 ?CDmin 。 翼剖面的阻力特性 167。 葉輪空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 葉輪的作用 ： 將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 一、葉輪的幾何描述 ? 葉輪軸線：葉輪旋轉(zhuǎn)的軸線。 ? 旋轉(zhuǎn)平面：槳葉掃過的垂直于葉輪軸線的平面。 ? 葉片軸線：葉片繞其旋轉(zhuǎn)以改變相對(duì)于旋轉(zhuǎn)平面的偏轉(zhuǎn)角 —— 安裝角（重要概念）。 ? 半徑 r處的槳葉剖面：距葉輪軸線 r處用垂直于葉片軸線的平面切出的葉片截面。 ? 安裝角：槳葉剖面上的翼弦線與旋轉(zhuǎn)平面的夾角，又稱槳距角，記為?。 ? 半徑 r處葉片截面的 幾何槳距 ：在 r處幾何螺旋線的螺距。 可以從幾個(gè)方面來理解： — 幾何螺旋線的描述：半徑 r，螺旋升角 ?。 — 此處的螺旋升角為該半徑處的安裝角 ?r。 — 該幾何螺旋線 與 r處翼剖面 的弦線相切。 — 槳距值： H=2?r tg ?r 二、貝茲理論 1. 貝茲理論中的假設(shè) — 葉輪是理想的； — 氣流在整個(gè)葉輪掃略面上是均勻的； — 氣流始終沿著葉輪軸線； — 葉輪處在單元流管模型中，如圖。 — 流體連續(xù)性條件： S1V1 = SV = S2V2 2. 對(duì)葉輪應(yīng)用氣流沖量原理 ? 葉輪所受的軸向推力： F = m ( V1 V2 ) 式中 m=?SV，為單位時(shí)間內(nèi)的流量質(zhì)量 ? 葉輪單位時(shí)間內(nèi)吸收的風(fēng)能 —— 葉輪吸收的功率為： P=FV= ?SV2(V1V2) 動(dòng)能定理的應(yīng)用 ? 基本公式： E=1/2 mV2 （ m同上） 單位時(shí)間內(nèi)氣流所做的功 —— 功率： P’=1/2 mV2= =1/2 ?SV V2 ? 在 葉輪前后，單位時(shí)間內(nèi)氣流動(dòng)能的改變量： ?P’= 1/2 ?SV (V21_ V22) 此既氣流穿越葉輪時(shí)，被葉輪吸收的功率 。 因此： ?SV2(V1V2)= 1/2 ?SV (V21_ V22) 整理得： V=1/2 (V1+V2) 即穿越葉輪的風(fēng)速為葉輪遠(yuǎn)前方與遠(yuǎn)后方風(fēng) 速的均值。 4. 貝茲極限 ? 引入 軸向干擾因子 進(jìn)一步討論。 令： V = V1( 1 a ) = V1 – U 則有： V2 =V1 ( 1 2a ) 其中： a— 軸向干擾因子，又稱入流因子。 U=V1a— 軸向誘導(dǎo)速度。 ? 討論： — 當(dāng) a≧ 1/2時(shí)， V2≦ 0，因此 a1/2。 又 V V1且 V 0 ，有 1a0。 a的范圍： 189。 a 0 — 由于葉輪吸收的功率為 P=?P’= 1/2 ?SV (V21_ V22) = 2 ?S V13a( 1 a )2 令 dP/da=0，可得吸收功率最大時(shí)的入流因子。 解得： a=1和 a=1/3。取 a=1/3，得 Pmax =16/27 (1/2 ?SV13 ) 注意到 1/2 ?SV13 是遠(yuǎn)前方單位時(shí)間內(nèi)氣流的動(dòng)能 — 功率，并定義 風(fēng)能利用系數(shù) Cp為： Cp=P/(1/2 ?SV13 ) 于是 最大風(fēng)能利用系數(shù) Cpmax為： Cpmax=Pmax/(1/2 ?SV13 )=16/27? 此乃貝茲極限。 三、 葉素理論 基本思想 ? 將葉片沿展向分成若干微段 — 葉片元素 — 葉素； ? 視葉素為二元翼型，即不考慮展向的變化； ? 作用在每個(gè)葉素上的力互不干擾； ? 將作用在葉素上的氣動(dòng)力元沿展向積分，求得作用在葉輪上的氣動(dòng)扭矩與軸向推力。 葉素模型 ? 端面： — 槳葉的徑向距離 r處取微段，展向長(zhǎng)度 dr。 — 在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的線速度： U=r?。 ? 翼型剖面 ： — 弦長(zhǎng) C，安裝角 ?。 — 設(shè) V為來流的風(fēng)速，由于有線速度 U，氣流相對(duì)于槳葉的速度應(yīng)是兩者的合成，記為 W。 ? ? W ? V U dF dR dL 旋轉(zhuǎn)平面— 定義 W與葉輪旋轉(zhuǎn)平面的夾角為 入流角 ，記為?，則有葉片翼型的攻角為： ? = ? ?。 葉素上的受力分析 ? 在 W的作用下，葉素受到一個(gè)氣動(dòng)合力元 dR，可分解為平行于 W的阻力元 dD和垂直于 W的升力元 dL。 ? 另一方面， dR還可分解為推力元 dF和扭矩元dT，由幾何關(guān)系可得： dF＝ dLcos ?+ dDsin ? dT＝ r(dLsin ? dD cos ?) ? 由于可利用阻力系數(shù) CD和升力系數(shù) Cl 分別求得dD和 dL: dL