風力機的性能指標

風力機的性能指標風的動能與速度的平方成正比。當一個物體使空氣速度變慢時，空氣中的動能部分轉(zhuǎn)變成物體上的壓力能。整個物體上的壓力就是作用在這個物體上的力。功率是力和速度的乘積，這也可用于風輪的功率計算。因風力與速度的平方成正比，所以風的功率與速度的三次方成正比。如果風速增加一倍，風的功率便增加為原來功率的8倍。這在風力機中是一個極為重要的概念。風力機的風輪是從空氣中吸收能量的，而不是像飛機螺旋槳那樣，把能量投入到空中去。所以當風速增加1倍時，風輪從氣流中吸收能量要增加為原來的8倍。當風速增大3倍時，吸收的能量增大到原來能量的27倍。在確定風力機的安裝位置和選擇風力機型號時，都必須考慮這個因素。可以利用下述的公式表示風力機風輪從風中吸收的功1率。即：P=2CpAdpV]3式中P：風輪輸出功率，單位為W；Cp：風能利用系數(shù)；Ad：風輪掃掠過的面積，單位為m2；p：空氣密度，單位為kg/m3;vi：風速，單位為m/s。當空氣遇到一個固體物，就會產(chǎn)生繞流，正如氣流繞過汽車運動一樣。當空氣接近一部分實度的物體，如旋轉(zhuǎn)的風輪時，有部分空氣從其周圍流過，風輪從通過它的氣流中吸收功率，并使之減速。正如書54頁圖4-12所示為風力機風輪前方的氣流是怎樣通過風輪的。開始時，流管小于風輪直徑，風朝向風輪方向，流管逐漸增大，到風輪處，和風輪一樣大，這時，風輪從風中吸收部分氣流功率，這個功率除以一個和風輪同樣大小的圓盤上通過的未擾動空氣的功率，叫做風輪的功率因于，即風輪的風能利用系數(shù)，用Cp表示，因為有部分空氣從風輪旁邊流走，所以效率總是小于1.根據(jù)物理學原理，貝茲已證明了通過風力機的最大效率不會超過59.3%。當然，這是對沒有葉尖端板的水平軸風力機而言的。如果在風輪周圍放一個錐形罩，風輪效率可能大于59.3%。書54頁圖4-13所示為幾種典型風輪的風能利用系數(shù)匕。葉片的風輪旋轉(zhuǎn)速度快，Cp值高，尖速比5或6時Cp值可達0.47。同樣地，達理厄式風輪在尖速比為6時，Cp最大值約為0.35。在理想的情況下，設(shè)計很好的葉片，風輪吸收的功率也達不到59.3%。另外，齒輪箱、傳動鏈、發(fā)電機均有機械損失或電氣損失，這些因素降低了風力機的實際效率。通過溫度計和氣壓計測試出實驗地點的環(huán)境溫度和大氣壓，由下式計算出空氣密度，即p=(352.99/(273+t))*(ph/101325)式中ph：當?shù)卮髿鈮毫Γ瑔挝粸閜a；t：溫度，單位為oC。風輪掠過的面積A和風速可直接測量。所以，根據(jù)前面的公式可以計算出風輪的輸出功率。額定風速： 10~15m/s切入風速：3~