风机的叶尖速比.docx
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风机的叶尖速比
风机的叶尖速比
周日,2008-03-0203:
16—xieyaqian
叶尖速比是用来表述风电机特性的一个十分重要的参数。
它等于叶片顶端的速度(圆周速度)除以风接触叶片之前很远距离上的速度;叶片越长,或者叶片转速越快,同风速下的叶尖速比就越大。
.
根据叶尖速比的不同,我们可以把风电机分成两类:
慢速比风电机和快速比风电机:
慢速比:
慢速比风电机的速度比最大为2.5。
所有以阻力原理作用的风电机的叶尖速比都小于1,属于慢速比风电机。
以浮力原理作用的风电机,如果其叶尖速比在1到2.5之间,也被称为慢速比风电机。
Westernmills和某些风力泵的叶尖速比大概是1,而Bock风车以及荷兰风车的叶尖速比大概是2。
快速比:
快速比风电机是指按照浮力原理作用的风电机,并且其叶尖速比在2.5到15之间。
几乎所有的现代风电机(叶片数一到三)都属于此类。
叶尖速比对风电机的建造结构和形状有很大的影响,比如:
叶片转速:
如果叶片长度一定,那么叶尖速比越大,叶片的转速也就越快。
只有一个叶片的风电机,其叶尖速比很高,旋转速度也要比三叶片的风电机快的多。
需要注意的是,风力泵的叶尖速比虽然属于慢速比机械,但旋转速度一般都很快。
原因是其转动直径很小,最终圆周速度相对低很多,所以属于慢速比机械。
叶片数:
Westernmills的叶尖速比比较低(大约为1),所以需要更多的叶片来遮挡风,一般有20到30个叶片;荷兰风车的速度比大约为2,一般有4个叶片。
现代三叶片风电机的叶尖速比大约为6,而一个叶片的风电机,其叶尖速比大概为12。
叶片切面:
快速比风机的叶片一般都设计的细长而薄,其原因就是叶片切割风的时候,与风的相对速度十分高。
(站长注:
这段我看不懂,只是照原文翻译。
)
风机的转化效率系数:
快速比风机由于产生的涡流损失要比慢速比风机低很多,所以其作用系数要明显比慢速比的风机高。
一般慢速比风机的转化效率系数cP在0.3到0.35之间,而快速比的风机能够达到0.45到0.55。
本节翻译:
xieyaqian 附原文参考:
阻力定律和浮力定律
周日,2008-03-0203:
12—xieyaqian
想要把风力的动能转化成电能,首先要先把动能转化成机械能,然后再将机械能转化成电能。
第一步转化,是通过风电机叶片来实现的。
从动能到机械能的转化,有两个定律:
阻力定律和浮力定律。
阻力定律
风会对切割它移动方向上的任意面积A形成一个力,这个力就是阻力。
图:
阻力作用为推动力
阻力根下面的参数成比例关系:
∙风速v的平方
∙切割面积f
∙该面积的阻力系数cw
∙空气密度ρ
阻力系数cW(W是德语里“阻力”的第一个字母)也叫做阻力附加值或者直接称为cW-值。
这个值是用来表示某个物体对空气形成阻力的大小的,可以在风洞里进行测定。
cW值越小,空气阻力也就越小。
比如一个圆盘横向对风的Cw值大约是1.11,而方盘大约是1.10,球体大约是0.45。
在汽车工业中,工程师们都在研究如何将汽车的cW值变的更小,这样汽车在行进时的阻力就会最小化。
比如丰田的Prius的cW值是0.26,而大众的Golf是0.325,雪铁龙的2CV阻力系数是0.50,一辆普通的卡车阻力系数是0.8。
古老的波斯风车(世界上最早的风车)是通过利用阻力来运作的。
如上图所示,风车建在墙内,当风吹过开口,就会推动暴露的叶片,从而带动整个风车旋转。
风速计也是利用阻力原理来实现的。
风杯风速计上风杯的cW-值分别是1.33和0.33(迎风时和背风时)。
风杯迎风时的阻力要比背风时的阻力大很多,所以风杯风速计才会迎风旋转。
通过阻力定律来运动的转子无法转动的比风速更快(增速值小于1),属于亚风速转子。
这种转子能量损失较大,功率系数(流体动力学上的作用参数)非常小。
(波斯风车大概0.17,风杯风速计大概0.08)
浮力定律
现代风电机的叶片是通过浮力定律来实现转动的,浮力是推动力。
图:
浮力作为动力
(Auftrieb:
浮力;
schnelleLuftbewegung:
速度快的空气运动;
langsameLuftbewegung:
速度慢的空气运动)
飞机、直升机或者风电机的叶片顶部的面积要大于底部的面积。
由于空气在顶部划过的距离更长,所以顶部空气运动的速度要比底部的空气速度要快,这样就产生了浮力。
图:
叶片周围的压力分布
(Profilsehne:
中间线;Anstellwinkel:
偏角;Anstroemgeschwindigkeit:
空气流动速度;Ueberdruck:
高压;Wiederstand:
阻力;Auftrieb:
浮力;Unterdruck:
低压)
根据伯努利方程,在同一高度上,叶片的底面或者顶面的动态压力和静态压力和平衡。
由于顶端的空气流动比底端的快,从而使顶端产生低压,而底部产生高压:
这就是飞机飞行的原理,也是风电机叶片转动的原理。
浮力的大小跟风速v的平方、作用面积f、空气密度ρ以及浮力参数cA成正比。
对于叶片(或者翅膀)的顶面和底面来说就是(A=浮力):
作用面积就是叶片的面积,等于叶片的长乘宽;浮力参数Ca取决于偏角α。
通过调整偏角可以影响浮力。
阻力W在飞机和风电机叶片作用过程中也会出现。
但是,当偏角很小的时候,阻力值十分小(等于浮力的20分之一到百分之一)。
阻力的方向总是跟风向相反,在偏角大于20度的时候,阻力会显著增大。
滑动系数
滑动系数ε是用来表述浮力参数和阻力参数关系的一个值,它可以用来决定叶片的好坏。
滑动系数与叶片的切面形状和偏角有关。
滑动系数越高,空气能量损失越小,叶片的作用效果越大。
好的叶片滑动系数可以达到100甚至更高。
本节翻译:
xieyaqian 附带原文参考:
(学习的目的是增长知识,提高能力,相信一分耕耘一分收获,努力就一定可以获得应有的回报)