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bdlhz618的博客

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个人简历 具有深厚的专业理论知识和丰富的实践经验,勤于思考,富于创新,在长期的工作实践中,始终注重研究和探索,通过多年的艰辛努力和实验,在技术革新与发明创造方面有所突破,研制成功《风力飞行器》(201110319692.2)。《调桨长的万向风车》(201210393482.2)。

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万向风车(三)  

2009-07-14 09:33:44|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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三、风车效率

风车是将风能转换成机械能的能量转换设备,输入风车的风能功率与风车输出的机械能功率的比值就是风车效率。显然,风车的效率越高越好,效率高,风车转换的机械能就多,风力发电机发出的电力就多。

风车效率的差异是很大的,不仅不同种类的风车间存在着效率上的差异,例如:水平轴螺旋桨式风车的效率约在45%,而阻力型垂直轴风车的效率约在35%;而且同一种类的风车也存在着很大差异,例如:用来发电的螺旋桨风力发电机的风车和一般的玩具风车,都是水平轴风车,从外表看起来其形状其旋转并没什么大的差异,可螺旋桨风车是升力型风车,而儿童玩具风车是阻力型风车,两者的能量转换效率就差多了。这也说明了,如果螺旋桨风车造得不好,也会变成阻力型风车,效率也会很低,这在外表上是很难看出来的,必须通过现场的实际检测才可以。

现代水平轴螺旋桨风力机的有效输出功率:w   =0.155  ρ D2 v3   

ρ-空气密度,D-风轮直径,v-风速

也可以写为w=0.5cρA v 3  

c-机械效率因素(通常0.1-0.5),ρ-空气密度,A-叶片扫过的区域,v-风速

由上式可以看出,同是螺旋桨风车,风车效率因数相差是很大的(0.1——0.5),这是由于风车的叶片工作在空气中,当它接收了风能而转动起来以后,要受到空气的阻力作用,这是第一;第二,螺旋桨式叶片在旋转时还要产生升力,叶片在升力的作用下会转得更快,所以升力越大越好。升力与螺旋桨的尖速比、实度、攻角等等,都有很大关系,如果这些参数做得不准确或者不合适,就会极大的影响叶片产生的升力,从而影响风车的效率。

由此不难看出,要想提高风车效率,可以有两个途径,一是提高设计质量和制造过程中的工艺水平;二是对风车的结构和叶片进行创新,发明新型风车。

螺旋桨水平轴风车从问世到今天,大约已有500年的历史,500年来,人们在使用中不断完善和更新,不断使用新技术新材料进行改善和提高,使其设计质量和工艺水平日臻完善,要想由设计和工艺提高其效率,空间已不是很大,所以,要想在目前情况下,提高风力发电的效率,降低风电成本,大力推广风电,也就只有一个途径了,那就是——发明新型风车。

大量的实践经验和理论推导都证明,要想提高风力发电的效率,必须利用空气动力学的特殊性能,即:根据流体力学伯努利方程,在同一流线上,动压强与静压强之和保持不变。如果具有一定翼型的叶片,在空气中运动,在叶片的凸面和凹面之间就会产生压差从而产力,这就是升力。巧妙的利用这一升力,就能使风车效率大幅提高。

我们知道,垂直轴风车大部分是阻力型风车,没能利用升力,所以效率比较低,在百花齐放,百舸争流的风电市场,处于不利地位。即使是升力型的达利氏风车,也只是水平轴螺旋桨风车的一种变形而已,虽然变水平轴为立轴,但又出现了新的缺点,反而失去了水平轴螺旋桨风车的许多优良性能。

能不能同时吸收垂直轴风车和水平轴螺旋桨风车的优点,设计出即有垂直轴风车不受风向限制的优点,又有水平轴螺旋桨风车的高效率的新型风车呢?答案是肯定的,这就是万向风车。

当然,发明新型风车决不是一件容易的事,特别是,发明一件真正能提高效率,真正能实用的新型风车就更加不容易。好在有大量的前人经验,有先进的资讯工具,有热情的网友,有大量的书籍资料……再加上我们的探索精神,决心和毅力——万向风车就这样诞生了。

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