1.水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)空氣動力學(xué)介紹

1.1 引言
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是獲取風(fēng)的動能的裝置。由于動能被吸收，風(fēng)速會降下來，但只有流過風(fēng)輪盤面的空氣才受到影響。假設(shè)受到影響的空氣和沒有流過風(fēng)輪盤面的空氣是彼此分離的，可以畫一個(gè)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(gè)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(zhì)量流動率在流管方向上是處處一致的。由于在流管內(nèi)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(fēng)力發(fā)電機(jī)流管圖
Fig1.1 The Energy Extracting Stream-tube of a Wind Turbine

雖然風(fēng)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?yàn)檫@需要很大的力來獲得很大的加速度。所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，不管如何設(shè)計(jì)，壓力能都是逐步吸收的。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)使得從上游來的氣流逐漸減速，當(dāng)?shù)竭_(dá)風(fēng)輪圓盤時(shí)，速度已經(jīng)低于上游來的風(fēng)速[。風(fēng)速減慢，流管擴(kuò)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(shè)計(jì)，當(dāng)氣流流過風(fēng)輪圓盤時(shí)，對風(fēng)輪做功，靜壓下降，導(dǎo)致當(dāng)氣流離開風(fēng)輪時(shí)，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(gè)流動區(qū)域稱為尾流。最后，由于平衡作用，在下游遠(yuǎn)處，尾流的靜壓恢復(fù)到大