垂直桅杆式升降机

垂直轴阻力型风机

垂直轴阻力型风力机的叶片在顺风与逆风方向具有不同的形状,就使得气流作用在叶片的两个不同面上的阻力不同,由此风轮得以顺利转动,如图所示。

Cp=P/0.5pAV3

式中P代表风力机所产生的轴功率,单位是W;

p-空气密度,单位是Kg/m3;

A-风轮的迎风面积,单位是m2;

V-风速,单位是m/s。

根据贝茨理论,风经过叶片的理论的贝茨极限不超过59.3%。经过贝茨理论计算出来风能利用效率Cp与叶尖速比\是一个理想的极限关系。叶尖速比是指风轮外径切向速度与上游风速之比,用X表示::^ = coR/V。(o为风轮旋转角速度,R为风轮的旋转半径,V为风轮的上游风速。不同的叶片形状虽具有不同的关系,但是无论如何都存在一个最佳的叶尖速比,使得风能利用效率最大[52'53]。并且对于任何一种风力机的风能利用系数Cp都与叶尖速比?t成抛物线关系。

对于形状确定的风轮,风能利用率是叶尖速比的函数。水平轴风力机叶片在旋转过程中如果不变桨的话叶片的攻角是一个定值,而垂直轴风力机的叶片攻角是随时变化的,气动特性较为复杂[54]。叶片攻角发生改变,相应的叶尖速比也会随之改变,风能利用率也会发生变化。在图3.1中,不考虑叶片的具体尺寸大小,叶片转动的线速度为vi=R(o;风作用于风叶的凹面,顺风驱动的阻力为式中,Ci为叶片顺风凹面的阻力系数,C2为叶片逆风凸面的阻力系数。

叶片翼型的阻力系数C仅是雷诺数的函数,这个结论对于所有在不可压缩流中的物体都是成立的,但其中的函数关系并不是一个固定的模式,然而总体上来讲,我们可以说C随着雷诺数的增加而降低。雷诺数表示作用在单位体积流体上的惯性力的比率[58,59]。当风力机叶片形状为半圆形时,Ci可达1.33,而C2的值仅为0.34;当风叶为半圆柱形时,Ci、C2的值分别为2.3和1.2。

以S为叶片面枳,则P(rv3/2为来风的功率。假定Ci、C2为常数,由(3-1)、(3-2)式可得风力机的功率

上所述可以看出,在合适的转速下,风车才能提供最大的功率。我们只有选择合适的负载与风车相匹配,才能使系统的发热效果达到最佳的状态。

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