垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的氣動(dòng)特性研究

　　3. 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類
　　從氣動(dòng)性能上劃分，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)類似于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，也可以分為阻力型和升力型這兩大類。任何物體在空氣中都會(huì)受到阻力和升力，如圖1 所示，與來(lái)流方向平行的力D 為阻力，與來(lái)流方向垂直的力L 為升力。當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)主要靠葉片受到的阻力來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)，該風(fēng)力機(jī)為阻力型；當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)主要靠葉片受到的升力來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)，該風(fēng)力機(jī)為升力型。需要注意的是，由于葉片是同時(shí)受升力和阻力作用的，特別是當(dāng)葉片的安裝角在一定的臨界范圍時(shí)，阻力和升力基本上差不多，這個(gè)時(shí)候很難區(qū)分驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的主要是靠升力還是阻力，因此其分類也很難確定。特別的，對(duì)于可變槳距的風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)時(shí)安裝角增大，這個(gè)時(shí)候可看作是阻力型，高速時(shí)安裝角變小，這個(gè)時(shí)候又可看作是升力型，圖2 和圖3 是典型的阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
　　從流體力學(xué)方面分析，對(duì)于阻力型風(fēng)電機(jī)組，其受到的阻力可以近似認(rèn)為 ，其中Cd 為阻力系數(shù)，S 為投影面積，v 為相對(duì)風(fēng)速。圖4 為典型的阻力型風(fēng)力機(jī)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，結(jié)合公式和簡(jiǎn)圖可以看出，當(dāng)風(fēng)力機(jī)靜止時(shí)，v 等于風(fēng)速，由于S 比較大，所以阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠獲得較大的啟動(dòng)力矩。但是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)之后，相對(duì)風(fēng)速v =vw -vr，隨著轉(zhuǎn)速的增高，相對(duì)風(fēng)速減小，風(fēng)力機(jī)受到的阻力急劇減小，例如當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)線速度達(dá)到風(fēng)速的一半時(shí)，即尖速比為0.5 時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到的阻力將減小為啟動(dòng)時(shí)的四分之一，又由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率= 力矩X 角速度，所以阻力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率很低。根據(jù)阻力型風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)力矩大，風(fēng)能利用率低的特點(diǎn)，該型風(fēng)力發(fā)電機(jī)僅適用于低風(fēng)速地區(qū)的提水灌溉等應(yīng)用領(lǐng)域，不適合用來(lái)發(fā)電。