垂直軸風(fēng)力機(jī)的實(shí)度 |
在水平軸風(fēng)力機(jī)欄目中風(fēng)輪實(shí)度一節(jié)中討論過風(fēng)輪實(shí)度問題，垂直軸風(fēng)力機(jī)的實(shí)度雖不是一個(gè)有確定值的參數(shù)，但是一個(gè)重要的參考數(shù)，實(shí)度大了不光是功率系數(shù)會(huì)降低，還可能無法正常運(yùn)行。 下面簡介垂直軸風(fēng)力機(jī)的實(shí)度問題，內(nèi)容主要來自《垂直軸風(fēng)力機(jī)原理與設(shè)計(jì)》一書，供大家參考。該書主要介紹Φ型垂直在風(fēng)力機(jī)，葉片數(shù)2或3個(gè)，但工作原理與直葉片的H型風(fēng)力機(jī)相同。 大型的Φ型垂直軸風(fēng)力機(jī)通常采用雙葉片或三葉片結(jié)構(gòu)，圖1是一個(gè)3葉片的Φ型垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪立體構(gòu)造圖。圖中R是風(fēng)輪的半徑，H是風(fēng)輪高度的一半，c是葉片截面的弦長。 |
圖1 三葉片Φ型垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪 |
大型的Φ型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片較多使用對(duì)稱翼型，2個(gè)葉片，因葉片較長，為加大強(qiáng)度一般采用較厚的NACA0015與NACA0018翼型。大部分的葉片較窄，有些葉片的弦長只有風(fēng)輪周長的1/100。 兩個(gè)或三個(gè)葉片彎曲結(jié)合成Φ型，彎曲的形狀多為拋物線型與懸鏈線型。 垂直軸風(fēng)力機(jī)的實(shí)度定義為NcL/S，其中N為葉片數(shù)，c為葉片翼型的弦長，L為葉片長度，D為風(fēng)輪直徑，S為風(fēng)輪的迎風(fēng)面積。對(duì)于Φ型葉片風(fēng)輪，當(dāng)高度與直徑之比為1.5時(shí)，S=DD；對(duì)于H型葉片風(fēng)輪，S=LD，實(shí)度為Nc/2R,在參考書中也采用Nc/R作為H型垂直軸風(fēng)力機(jī)的實(shí)度。 圖2是氣流通過風(fēng)輪的流線圖，上圖是氣流通過實(shí)度小的風(fēng)輪時(shí)流線圖；下圖是氣流通過實(shí)度大的風(fēng)輪時(shí)流線圖。可看出當(dāng)風(fēng)輪實(shí)度大時(shí)氣流如遇到一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓柱，繞開而行，通過風(fēng)輪的氣流少了、速度慢了，風(fēng)輪得到的風(fēng)功率小了。（注：本圖不是氣流的瞬時(shí)圖，是一段時(shí)間的平均值圖；兩圖的風(fēng)輪沒有顯示實(shí)度的不同，僅是風(fēng)輪的示意圖）。 |
圖2 氣流通過實(shí)度不同的風(fēng)輪的流線圖? |
葉片多時(shí)葉片的尾流（包含湍流）會(huì)影響后面葉片的運(yùn)行；葉片過寬時(shí)葉片不能以正常氣動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，所以大型Φ型垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪實(shí)度一般在0.2至0.1。 圖3是不同實(shí)度的風(fēng)輪在不同葉尖速比時(shí)的功率系數(shù)曲線圖，顯示了實(shí)度從0.1到0.4時(shí)的功率系數(shù)隨尖速比的變化。實(shí)度大的適應(yīng)風(fēng)速變化范圍窄，實(shí)度小的適應(yīng)風(fēng)速變化范圍大。 |
圖3 不同實(shí)度的風(fēng)輪在不同葉尖速比時(shí)的功率系數(shù)曲線? |
目前國內(nèi)生產(chǎn)的小型H型垂直軸風(fēng)力機(jī)的實(shí)度普遍要大一些，不少的風(fēng)力機(jī)實(shí)度大于0.4，實(shí)際運(yùn)行效果如何目前都沒有具體數(shù)據(jù)。 |
