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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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谈谈尖速比对风车效率的影响  

2013-01-07 11:54:16|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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谈谈尖速比对风车效率的影响

——兼答ligo

前面的帖子中,对调桨长万向风车的翼型、叶桨头、端板、控制、V字型的重要性……等,都做了详细的介绍,几乎囊括了调桨长万向风车的方方面面,但却没有涉及到风车的尖速比。幸亏ligo网友给我提出了这个问题,他说:“再回到垂直轴风车上来说,如果你不能正确认识尖速比对风车效率的影响,你就不能理解为什么V型风车的效率低。对于H型风车而言,它有最大的叶片部分工作在最佳的尖速比范围内,而Φ型风车有部分叶片部分工作在最佳的尖速比范围内,V型风车恰恰是仅有很少的一段叶片工作在最佳尖速比范围内,而其它大部分都工作在不是最佳尖速比范围内,所以不可能获得很高的效率。”,正是他的问题,让我重新回顾了那个让我十分纠结的问题,否则真的让我滑过去了。

勿容讳言,尖速比的问题是调桨长万向风车的短板,正向ligo说的那样,V型风车恰恰是仅有很少的一段叶片工作在最佳尖速比范围内,不可能获得很高的效率。

为了弄清这个问题,我们先来说一下什么叫尖速比,它是怎样影响风车效率的。

风轮叶片尖端线速度与风速之比称为叶尖速比。如果 u是旋转的风力机风轮外径切线速度,v是风进叶轮前的速度,那么叶尖速比 λ=u/v 。

那么它是怎样影响风车效率的呢?

前面说过,风能转化成机械能,就要先把风能转换成力的作用,当然既可以转换成阻力,也可以转换成升力。转换成阻力比较简单,阻力的方向就是阻碍物体运动的方向,变化不大;而转换成升力就复杂了,它的方向和大小,都随风速和风轮线速度的方向和大小的变化而变化,进而,升力产生的旋转力矩的大小和方向也就随着变化。

现在我们把风速的影响固定下来,就是说假定风速不变,只看风轮线速度的大小变化怎样影响升力的变化和旋转力矩的变化来分析一下尖速比怎样影响风车效率。

参见图1,我们不难想象到,线速度u的变化会影响相对风速W的大小和方向的变化,进而影响升力的大小和方向,因为假定风速不变,线速度u的变化也就代表了尖速比的变化,升力的变化也就代表了风车效率的变化。

通过数学推导和实际测量,可以得到6米一2kw垂直轴风力机Cp~λ曲线(参见气动中心一所 张维智《 6米一2kw垂直轴风力发电机的性能计算》)

从图中可以看到,Cp~λ曲线类似抛物线,在尖速比λ为5时有最大值(即ligo所说的最佳尖速比)。

其实,调桨长万向风车的弱点,还不止这些,它的叶桨是倾斜的,来风不是垂直的吹在前缘上,这使它产生的升力还要打折扣……。

那么,调桨长万向风车是不是就不可救药了呢?不!现在现这种结论还为时尚早!

俗话说,有一利必有一弊,那么有一弊也可能有一利。叶桨的倾斜,使风车仅有很少的一段叶片工作在最佳尖速比范围内,可它却改变了升力的方向,增大了正反馈作用(提高了正反馈系数),再加上端板的正反馈作用,一定会堤内损失堤外补,使效率达到或超过H型、Φ型风车。

另外,通过调节桨长来增大扫风面积,也可以弥补上述弱点。这就像是庄稼的亩产虽然不高,但我的播种面积大,照样能获得高产。

对于ligo的第二个问题,我有不同的看法。他说:“一项创新如果需要复杂的检测设备和复杂的工艺技术,这就需要有一个很好的实验条件才行,如果没有,则这种创新是非常困难的,或者说基本上是不可能的。比如制造飞机,一个人肯定不行,因为一个发动机就不知道有多少人在做研究呢,即使你只做外型,那也得有风洞。对制作风车而言,涉及到空气动力学的地方非常多,没有一定的实验条件,是不可能做出好东西出来的。”

我觉得他是把技术创新和生产制造混在了一起,我理解的创新,无论内涵和外延都不包括生产制造,技术实施,而只是提出方案而已。我虽然也造样机、也造模型之类,那只是在我的能力所限的范围内,做出可以帮我验证一下我的想法是否可行的实验装置,帮我进一步深入思考的小设备。我觉得搞技术创新不需要有什么特别的条件,只要你愿意思索,愿意学习,善于观察,善于发现,就能够搞发明创新。如果提那些不切实际的条件,把那些喜欢发明的人都吓跑,不仅可能埋没那些真正的人才和他们的发明,而且那些具有一定的实验条件,复杂的检测设备的那些科学院、研究所也不一定能做出好的发明创新!红花也得绿叶配吧,说句实在的话,如果没有那些人所说的“民科”,那些所谓的“傻子”陪伴,我早就干不下去了。就是因为我的心里总是安慰自己说:“你看那些条件不如我的人都干得那么起劲,你就为什么坚持不下去呢?”所以,我的坚持,是那些人的不服输精神感染了我,我爱他们。

在网上交流,真的不错,即能让你见到各种各样的问题,也能激励你去不断的思考;即能了解不同的思考方法,也能促使你不断的学习。再一次谢谢ligo和那些曾经提出过意见和建议的朋友们!祝你们在新的一年里,身体健康,精神愉快,万事如意!!!

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