垂直轴风力发电机.ppt
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垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风,在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势,它不仅使结构设计简化,而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
垂直轴风力发电机(vertical axis wind turbine VAWT)从分类来说,主要分为阻力型和升力型。
阻力型垂直轴风力发电机主要是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力的,而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力作为驱动力的。
由于叶片在旋转过程中,随着转速的增加阻力急剧减小,而升力反而会增大,所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。
1.阻力型风力发电机的工作原理阻力型垂直轴风力发电机风轮的转轴周围,有一对或者若干个凹凸曲面的叶片,当它们处于不同方位时,相对于它的来风方向所受的推力F是不同的。
风力作用于上述物体上的空气动力差别也很大。
作用力F可表示为:F=1/2?ρ?S·V??C其中ρ——空气密度,一般取1.25(kg/m?)S——风轮迎风面积V——来流风速C——空气动力系数以半球为例,当风吹到半球凹面一侧,c值为1.33,当风吹到半球凸面一侧时,c值为0.34。
对于柱面,当风吹向凹面和凸面时,系数c分别为2.3和1.2。
由于组成风轮的叶片不对称性和空气阻力的差异,风对风轮的作用就形成了绕转轴的驱动力偶,整个风轮随即转动。
2.升力型垂直轴风力发电机原理在下面图中列举了从0度到315度八个位置的叶片,风从左边进入,浅蓝色的矢量v是风速、绿色的矢量u是叶片圆周运动的线速度反向(即无风时叶片感受到的气流速度)、蓝色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度(即相对风速)、紫色的矢量L是叶片受到的升力。
我们分析一下叶片在这八个角度的受力情况,在90度与270度的位置,相对风速不产生升力,在其它六个位置上叶片受到的升力均能在运动方向产生转矩力,这也是达里厄风力机能在风力下旋转的道理。
实际上情况要复杂得多,前面分析图是理想状态,是在理想的叶尖速比与没有叶片的阻力时的状态。