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水平軸發(fā)電機(jī)和垂直軸發(fā)電機(jī)的區(qū)別

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2018-08-08

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水平軸發(fā)電機(jī)和垂直軸發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)方法的區(qū)別：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì)目前普遍采用的是動(dòng)量—葉素理論，主要的方法有Glauert法、Wilson法等。但是由于葉素理論忽略了各葉素之間的流動(dòng)干擾，同時(shí)在應(yīng)用葉素理論設(shè)計(jì)葉片時(shí)都忽略了翼型的阻力，這種簡化處理不可避免的造成了結(jié)果的不準(zhǔn)確性，文獻(xiàn)[1]指出，這種簡化對(duì)葉片外形設(shè)計(jì)的影響較小，但是對(duì)風(fēng)輪的風(fēng)能利用率影響較大。同時(shí)，風(fēng)輪各葉片之間的干擾也十分強(qiáng)烈，整個(gè)流動(dòng)非常復(fù)雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦法得出準(zhǔn)確結(jié)果的。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì)以前也是按照水平軸的方法，依靠葉素理論來設(shè)計(jì)。由于垂直軸風(fēng)輪的流動(dòng)比水平軸更加復(fù)雜，是典型的大分離非定常流動(dòng)，不適合用葉素理論進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，這也是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)長期得不到發(fā)展的一個(gè)重要原因。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics）得到了長足的進(jìn)步，從最初的小擾動(dòng)速勢方程，到歐拉方程，以及更加復(fù)雜的N-S方程，目前的CFD技術(shù)完全能模擬在復(fù)雜外形下的復(fù)雜流動(dòng)。對(duì)于垂直軸風(fēng)輪的葉片，已經(jīng)可以用CFD方法來設(shè)計(jì)，這無疑要比葉素理論精確的多。而水平軸葉片的設(shè)計(jì)還沒有辦法應(yīng)用CFD方法來設(shè)計(jì)，這主要是由這兩種風(fēng)輪結(jié)構(gòu)決定的。水平軸的葉片由于每個(gè)截面的扭角，弦長以及尖速比都不同，如果要用CFD模擬的話，就必須采用三維模型，這樣計(jì)算網(wǎng)格至少要100萬個(gè)，整個(gè)計(jì)算量就會(huì)大大增加。直觀的說，模擬一個(gè)工況，在采用CPU為P4 3.0G的個(gè)人電腦上，計(jì)算時(shí)間大概需要7—10天，如果設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)輪可能需要幾年到十幾年時(shí)間，這樣的代價(jià)在工業(yè)設(shè)計(jì)中是很難接受的。而垂直軸就完全不一樣（僅限于Darrieus式H型風(fēng)輪），葉片的每個(gè)截面都一樣，這樣就能簡化成二維情況，網(wǎng)格數(shù)大大下降，計(jì)算量也隨之下降，一般模擬一個(gè)工況只需要4個(gè)小時(shí)。從設(shè)計(jì)方法上講，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)要比水平軸的先進(jìn)的多。水平軸發(fā)電機(jī)和垂直軸發(fā)電機(jī)風(fēng)能利用率的區(qū)別：目前，大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率絕大部分是由葉片設(shè)計(jì)方計(jì)算所得，一般在40%以上。前面已經(jīng)提到了，由于設(shè)計(jì)方法本身的缺陷，這樣計(jì)算所得的風(fēng)能利用率的準(zhǔn)確性很值得懷疑。當(dāng)然，風(fēng)電廠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都會(huì)根據(jù)測得的風(fēng)速和輸出功率繪制風(fēng)功率曲線，但是此時(shí)的風(fēng)速是風(fēng)輪后部測風(fēng)儀測得的風(fēng)速，要小于來流風(fēng)速，這樣測下來的風(fēng)功率曲線偏高，必須進(jìn)行修正。根據(jù)文獻(xiàn)的修正方法修正后，水: 回答者：網(wǎng)友

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