1.水平軸風力發(fā)電機空氣動力學介紹

1.1 引言
風力發(fā)電機是獲取風的動能的裝置。由于動能被吸收，風速會降下來，但只有流過風輪盤面的空氣才受到影響。假設受到影響的空氣和沒有流過風輪盤面的空氣是彼此分離的，可以畫一個邊界面來描述這一現(xiàn)象，通過向上游和下游延伸可形成一個圓形橫剖面的流管，而兩者的速度在邊界面處互不影響，也沒有空氣流過邊界，所以空氣質量流動率在流管方向上是處處一致的。由于在流管內的空氣速度減慢，并且不被壓縮，流管的橫截面積將增大以容納速度減慢的空氣，如圖1.1所示。


圖1.1 風力發(fā)電機流管圖
Fig1.1 The Energy Extracting Stream-tube of a Wind Turbine

雖然風輪從氣流從吸取了動能，但是氣流的速度不可能驟然變化，因為這需要很大的力來獲得很大的加速度。所有的風力發(fā)電機，不管如何設計，壓力能都是逐步吸收的。
風力發(fā)電機使得從上游來的氣流逐漸減速，當?shù)竭_風輪圓盤時，速度已經(jīng)低于上游來的風速[。風速減慢，流管擴張，由于沒有做功也沒有吸收功，流管靜壓上升以吸收減少的動能。
通過設計，當氣流流過風輪圓盤時，對風輪做功，靜壓下降，導致當氣流離開風輪時，氣流壓力低于大氣壓力。氣流往下游流動，流速減小，靜壓增大。這個流動區(qū)域稱為尾流。最后，由于平衡作用，在下游遠處，尾流的靜壓恢復到大