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  風機的工作原理(升力與阻力、風機類型)  
 

風力機的基本工作原理

   風力機的基本功能是利用風輪接收風能,并將其轉換成機械能,再由風輪軸將它輸送出去。風力機的工作原理:空氣流經風輪葉片產生升力或阻力,推動葉片轉動,將風能轉化為機械能。
   盡管風力機的類型很多,但是普遍應用的是水平軸和垂直軸兩大類。國內外普遍應用的風力機以水平軸升力型居多。下面重點介紹水平軸升力型和垂直軸阻力型風力機的基本工作原理。

鼓風機的工作原理:是通過機體內部二轉子反方向旋轉,由于葉輪相互之間和葉輪與機體之間只有很小的間隙,當其中一轉子葉端經過吸入口時,與殼體之間所捕捉之一定量空氣,自進氣腔移送至排氣腔,壓向高壓端,以吸入之狀態吐出。

1、升力與阻力

當氣流流經如圖! 所示的翼型葉片時,葉片上面氣流速度增高,壓力下降,葉片下面幾乎保持原來的氣流壓力,于是葉片受到了向上的作用力F。此力可分解成與氣流方向平行的力"Fx(稱為阻力)和與氣流方向垂直的力Fy( 稱為升力)。



圖片(1)氣體流經翼型葉片的受力示意圖


 (1)升力的計算公式

   圖1中氣流對葉片的作用力F 用下式計算:



  (2)影響升力系數與阻力系數的因素

   影響升力系數與阻力系數的主要因素有翼型、攻角、雷諾數和粗糙度等。

   1、翼型的影響

   圖2 所示為3種不同橫截面形狀(翼型)的葉片在氣流中的升力和阻力。



圖2、3種不同翼型葉片的升力和阻力

   當氣流由左向右吹過,對于不同的翼型產生的升力與阻力不同。平板型阻力》弧板型阻力》流線型阻力;流線型升力》弧板型升力》平板型升力。相對應的Cy與Cx值亦如此。

    2、攻角的影響

氣流方向與葉片橫截面的弦長L的夾角a 稱為攻角,也稱迎角,其值正、負如圖3所示。Cy與Cx隨a的變化情況如圖4所示。

圖3 風輪葉片的攻角

圖Cy與Cx與攻角a的關系

當攻角a 值在一定范圍內變化時,升力隨攻角的增加而變大,阻力也在變化; 當攻角a值增加到某一臨界值時,升力達到最大值(即Cy—— >Cymax);當a值再增大時,升力突然開始下降,同時阻力也急劇增加,這種現象稱為“失速”。產生失速的根本原因,是氣體的比較有規則的流線與翼型后上部(見圖3-2-4之Q 處)的輪廓分離,并在分離區形成渦流,使翼型上下壓差變小。

    3、雷諾數的影響

空氣流經葉片時,氣體的粘性力將表現出來,這種粘性力可以用雷諾數Re表示:

    4、葉片表面粗糙度的影響
葉片表面不可能做得絕對光滑,我們把凹凸不平的波峰與波谷之間高度的平均值稱為粗糙度。波峰與波谷之間高度的平均值大,阻力增加Cx值高,但是粗糙度對Cy值的影響不大。制造葉片時應盡量使葉片表面平滑,避免產生過大的摩擦阻力。


2、風力機的類型

國內外風力機的結構形式繁多,從不同的角度有多種分類方法。
   1、按風輪軸與地面的相對位置,分為水平軸式風力機和垂直軸(立軸)式風力機。
   2、按葉片工作原理,分為升力型風力機和阻力型風力機。
   3、按風力機的用途分類,有風力發電機、風力提水機、風力鍘草機、風力脫谷機等。
   4、按風輪葉片的葉尖線速度與吹來的風速之比的大小來分,有高速風力機(比值大于3)和低速風力機(比值小于3);也有把該比值2-5者稱為中速風力機。
   5、按風機容量大小分類:國際上通常將風力機組分為小型(1kw以下)、中型(100-1000kw)和大型(1000kw 以上)3種;我國則分成微型(1kw以下)、小型(1-10kw)、中型(10-100kw)和大型(1000kw以上)4種;也有的將1000kw以上的風機稱為巨型風力機。
   6、按風輪相對于塔架的位置,分為上風式前置式)風力機和下風式(后置式)風力機。
   7、按風輪的葉片數量,分單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片及多葉片式風力機。

現在各國應用較多的是水平軸、升力型和少葉式的風力發電機(多數為2-3個葉片),本講座將側重介紹此類風力發電機。

羅茨鼓風機工作原理圖文詳解

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