●前言
第一篇 風力機空氣動力學基礎
第1章 空氣的物理性質
1.1 連續介質假設
1.2 壓強、密度和溫度
1.2.1 壓強、密度和溫度的定義
1.2.2 理想氣體狀態方程
1.3 壓縮性、黏性和傳熱性
1.3.1 壓縮性
1.3.2 黏性
1.3.3 傳熱性
1.4 無黏假設和不可壓縮假設
1.4.1 無黏假設
1.4.2 不可壓縮假設
參考文獻
第2章 空氣運動的描述
2.1 流體微團的運動
2.1.1 流體微團運動的分析
2.1.2 速度散度及其物理意義
2.1.3 旋度與速度位
2.2 連續方程
2.3 無黏流動的運動方程
2.3.1 歐拉運動方程
2.3.2 伯努利方程
2.4 黏性流動的運動方程
2.5 黏性邊界層
2.5.1 邊界層的概念
2.5.2 邊界層的厚度
2.5.3 邊界層的壓強特性
2.5.4 邊界層方程
2.5.5 邊界層的分離
2.6 湍流的基本概念
2.7 大氣邊界層湍流風
2.7.1 大氣邊界層的基本特點
2.7.2 平均風速特性
2.7.3 脈動風速特性
參考文獻
第3章 翼型的基礎知識
3.1 翼型的幾何形狀
3.1.1 翼型的幾何參數
3.1.2 常用翼型的編號
3.1.3 翼型幾何的參數化表達
3.2 翼型的空氣動力
3.2.1 翼型的繞流
3.2.2 翼型的空氣動力繫數
3.2.3 翼型的空氣動力特性
參考文獻
第二篇 葉素動量方法
第4章 定常葉素動量方法
4.1 動量理論
4.2 葉素動量理論
4.3 葉片數的影響
4.4 高推力繫數的影響
4.5 葉素動量方法的迭代求解
4.6 計算實例
參考文獻
第5章 修正模型
5.1 葉尖損失修正模型
5.1.1 Prandtl模型
5.1.2 Glauert繫列模型
5.1.3 Goldstein模型
5.1.4 Shen模型
5.1.5 葉根修正
5.2 三維旋轉效應模型
5.2.1 第一類模型
5.2.2 第二類模型
5.3 動態失速模型
5.3.1 Beddoes-Leishman模型
5.3.2 .ye模型
5.3.3 ONERA模型
5.3.4 Boeing-Vertol模型
5.3.5 動態失速模型與三維旋轉效應的耦合
參考文獻
第6章 非定常葉素動量方法
6.1 坐標變換
6.2 誘導速度的計算
6.3 動態入流模型
6.4 動態尾流模型
6.5 偏航/傾斜模型
6.6 非定常葉素動量方法的計算步驟
參考文獻
第三篇 渦尾跡方法
第7章 渦流理論基礎
7.1 渦線、渦管及旋渦強度
7.2 速度環量和斯托克斯定理
7.3 畢奧-薩伐爾定律
7.4 渦模型
7.4.1 渦核模型
7.4.2 渦核半徑和耗散模型
7.5 亥姆霍茲旋渦定理
7.6 庫塔-茹科夫斯基升力定理
7.6.1 繞圓柱的有環量流動
7.6.2 環量與升力
參考文獻
第8章 渦尾跡計算模型
8.1 坐標繫定義
8.2 渦繫模型
8.2.1 葉片渦繫模型
8.2.2 尾跡渦繫模型
8.3 預定渦尾跡模型
8.4 自由渦尾跡模型
8.4.1 渦線控制方程
8.4.2 初始尾跡描述
8.5 流場計算
8.5.1 尾跡離散
8.5.2 附著渦環量計算
8.5.3 風輪氣動性能計算
8.5.4 誘導速度的計算
參考文獻
第9章 風力機氣動性能的求解
9.1 定常預定渦尾跡的求解
9.1.1 求解流程
9.1.2 計算算例
9.2 定常自由渦尾跡的求解
9.2.1 松弛迭代法
9.2.2 求解流程
9.2.3 計算算例
9.3 非定常預定渦尾跡方法
9.3.1 來流風速計算
9.3.2 誘導速度
9.3.3 與動態失速模型的耦合
9.3.4 計算算例
9.4 非定常自由渦尾跡方法
9.4.1 時間步進法
9.4.2 計算步驟
9.4.3 計算算例
參考文獻
第四篇 計算流體力學方法
第10章 計算流體力學基礎
10.1 計算流體力學概述
10.2 不可壓黏性流體力學問題的數學描述
10.3 湍流模擬簡介
10.3.1 直接數值模擬方法(DNS)
10.3.2 大渦模擬方法(LES)
10.3.3 雷諾平均方法(RANS)
10.4 數值離散方法簡介
10.4.1 有限差分法
10.4.2 法
10.4.3 有限體積法
10.5 基於有限體積法的數值求解
10.5.1 SIMPLE算法
10.5.2 PISO算法
10.6 網格生成與後處理簡介
10.6.1 網格生成
10.6.2 後處理
10.7 CFD方法在風力機上的應用
參考文獻
第11章 風力機氣動性能的數值模擬
11.1 控制方程及其離散
11.1.1 控制方程
11.1.2 空間離散
11.1.3 時間離散
11.2 湍流模型
11.2.1 零方程模型
11.2.2 一方程模型
11.2.3 二方程模型
11.2.4 湍流模型的選取
11.3 轉捩預測方法
11.3.1 Michel模型
11.3.2 y-Re模型
11.4 初始條件和邊界條件
11.4.1 入口邊界
11.4.2 出口邊界
11.4.3 旋轉周期邊界
11.4.4 壁面邊界
11.5 數值模擬網格
11.5.1 二維翼型的網格描述
11.5.2 旋轉風輪的網格描述
11.6 數值模擬實例
11.6.1 全湍流模擬與轉捩模擬的比較
11.6.2 湍流模型的參數校正
參考文獻
第12章 風力機的大渦模擬和脫體渦模擬方法
12.1 風力機致動線方法
12.1.1 致動線模型
12.1.2 葉片體積力分布模型
12.1.3 機艙和塔架模型
12.2 大渦模擬方法
12.2.1 濾波方法
12.2.2 亞格子模型
12.2.3 大渦模擬的湍流入流條件
12.3 脫體渦模擬方法
12.3.1 基於Spalart-Allmaras的DES模型
12.3.2 基於SST k-w的DES模型
12.4 風力機氣動特性和尾流數值模擬實例
12.4.1 基於DES的風力機非定常載荷模擬
12.4.2 基於LES的風力機尾流及尾流干擾模擬
參考文獻
索引

本書全面介紹風力機氣動性能計算的主流方法，兼顧學術性與工程實用性。首先介紹風力機的空氣動力學基礎，包括流體力學基本原理、翼型的氣動特性、幾個重要風力機模型的試驗和計算數據等；然後詳細論述葉素動量方法、渦尾跡方法和計算流體力學（CFD）方法如何用於風力機氣動性能的計算。其中，葉素動量方法是風力機氣動性能計算、載荷計算和氣動外形設計中最廣泛應用的工程計算方法；渦尾跡方法可以計算出風力機的三維繞流和尾流，能夠獲得空間的速度場，在風力機氣動性能計算的學術研究和工程應用方面占有重要地位；CFD方法通過數值離散求解流體控制方程，是一種通用的流場求解方法，可以獲得最全面和精細的風力機流場信息，是目前風力機空氣動力學研究方面不錯大的計算工具。在以上方法的論述過程中，本書盡可能融入了相關方法在學術研究上的近期新進展，計算公式的推導力求容易理解，整理出了清晰的計算流程並輔以計算實例。