垂直軸阻力型風機

垂直軸阻力型風力機的葉片在順風與逆風方向具有不同的形狀,就使得氣流作用在葉片的兩個不同面上的阻力不同,由此風輪得以順利轉動,如圖所示。
而評估風力機最重要的參數就是它的風能利用系數,即風力機自身捕獲風能的能力。風能利用系數具體定義為風力機從風中獲取的能量與風能的比率,一般用Cp來表示,其定義為:
Cp=P/0.5pAV3
式中P代表風力機所產生的軸功率,單位是W;
p-空氣密度,單位是Kg/m3;
A-風輪的迎風面積,單位是m2;
V-風速,單位是m/s。
根據貝茨理論,風經過葉片的理論的貝茨極限不超過59.3%。經過貝茨理論計算出來風能利用效率Cp與葉尖速比\是一個理想的極限關系。葉尖速比是指風輪外徑切向速度與上游風速之比,用X表示::^ = coR/V。(o為風輪旋轉角速度,R為風輪的旋轉半徑,V為風輪的上游風速。不同的葉片形狀雖具有不同的關系,但是無論如何都存在一個最佳的葉尖速比,使得風能利用效率最大[52'53]。并且對于任何一種風力機的風能利用系數Cp都與葉尖速比?t成拋物線關系。
對于形狀確定的風輪,風能利用率是葉尖速比的函數。水平軸風力機葉片在旋轉過程中如果不變槳的話葉片的攻角是一個定值,而垂直軸風力機的葉片攻角是隨時變化的,氣動特性較為復雜[54]。葉片攻角發生改變,相應的葉尖速比也會隨之改變,風能利用率也會發生變化。在圖3.1中,不考慮葉片的具體尺寸大小,葉片轉動的線速度為vi=R(o;風作用于風葉的凹面,順風驅動的阻力為式中,Ci為葉片順風凹面的阻力系數,C2為葉片逆風凸面的阻力系數。
葉片翼型的阻力系數C僅是雷諾數的函數,這個結論對于所有在不可壓縮流中的物體都是成立的,但其中的函數關系并不是一個固定的模式,然而總體上來講,我們可以說C隨著雷諾數的增加而降低。雷諾數表示作用在單位體積流體上的慣性力的比率[58,59]。當風力機葉片形狀為半圓形時,Ci可達1.33,而C2的值僅為0.34;當風葉為半圓柱形時,Ci、C2的值分別為2.3和1.2。
以S為葉片面枳,則P(rv3/2為來風的功率。假定Ci、C2為常數,由(3-1)、(3-2)式可得風力機的功率
上所述可以看出,在合適的轉速下,風車才能提供最大的功率。我們只有選擇合適的負載與風車相匹配,才能使系統的發熱效果達到最佳的狀態。
 

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