风力涡轮机如何变得更有效率一点

风力发电机产生地球能量的4%,但它们只有在风吹得正常时才能正常工作 。现在,通过从昆虫的灵活翅膀中获得灵感,科学家们已经找到了一种方法,使风力涡轮机叶片在产生能量方面提高35%的效率 。如果商业化,这可能使得这种绿色技术在未来几年替代化石燃料变的更可行的 。提高风力涡轮机的效率不仅仅是使转子尽可能快地旋转的问题 。涡轮机在高速下除了变得更容易发生灾难性故障之外,也变得不太有效,因为转子变得更像是一堵墙,阻止风流过快速旋转的叶片,利福尼亚州的圣地亚哥州立大学工程教授Asfaw Beyene说 。
巴黎索邦大学的物理学家Vincent Cognet说,最佳的动力来自中等的旋转速度 。为了使它们最有效地发电,风必须以正确的“桨距角”冲击叶片,以便向发电机施加适当量的扭矩
昆虫的翅膀没有 。因为它们是灵活的,蜜蜂和蜻蜓的翅膀能够引导空气动力学负载在他们的飞行方向,增加功率 。并且因为他们自然地在风中弯曲,他们可以最小化阻力,以避免损坏 。
为了看这种灵活性是否会提高风力涡轮机的效率,Cognet和他的团队制造了具有三种不同转子风格的小型涡轮机原型 。一个是完全刚性,一个有点灵活,一个是非常灵活 。所有三个涡轮机具有三个转子,但是柔性的涡轮机由称为聚对苯二甲酸乙二醇酯的柔韧材料制成,而刚性版本由刚性合成树脂制成 。
在风洞试验中,最灵活的叶片证明有点太松弛,它们不能产生与像其他两个一样多的力量 。但是,中等柔性叶片的性能优于刚性叶片,使得叶片能够在更宽的风力条件下高效运行并且提高35%的功率 。
测试还表明,改进来自桨距角的变化:由于涡轮叶片分别由于风压和离心效应而来回地弯曲,桨距角略微变化 。在较低的风速下,更高的桨距角(更“开”)更高效,而在高速下更低的桨距角(更“封闭”)更好 。事实上,更快的风导致更高的转速,稍微关闭俯仰角以帮助产生更多的功率 。
【风力涡轮机如何变得更有效率一点】Beyene说,工程方面需要时间,但是他自己对变形叶片的实验表明,新研究中表现出的35%的功率增长是完全合理的预期,并且将是对完全可再生未来的巨大助益 。他的团队已经积极规划使用相同原理操作的更大原型 。“流体力学和物理学让我们坚信,”他说,“没有理由我们不能使变形叶片适应风力条件 。

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