当风能遇到狭管效应风能利用研究报告新能源高等教育工学.pdf

当风能遇到“狭管效应“如何有效利用地形开发或人为创造有利地形 开发风能 一.设计背景 风能空气运动产生的动能，它是太阳能的一种转化形式，是 一种清洁的可再生能源。而全球风能资源丰富，据估计，地 球上近地层的风能总量约为2.74X109MW,其中可利用的风 能为2X107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10 倍，大有开发空间。但是风能要受到地形，气候等因素影响，开发具有一些地域等的局限性，还有一个更大的缺陷就是风 能能流密度低。因此，如何改善风能的利用效率是一个重要 的课题。中国明代思想家提出了“经世致用”的观点，作为一个大学 生，应该从生活中发现问题，用所学的知识试着去解释。偶 然的发现，让我对风能的利用有了一点点大胆的猜想。很多同学都会发现，每当经过三江楼，总会有一阵很强烈的 风迎面而来。即使别的地方无风时，那里也会刮起大风。这 引起了我的兴趣，我发现这和三江楼独特的位置有关，它与 后面的图书馆以及行政楼形成了峡谷状，很小的风在这里受 到挤压加速，才导致了大风，即所谓的“狭管效应”。目前 大多数的风力机分布在海上，山顶等地，而实际中峡谷型地 形处风力资源丰富，但并没有得到有效地利用。结合所学,我觉得“狭管效应”或许可以应用于风能开发。二.理论知识 狭管效应：当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时，由于 空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大。当 流出峡谷时，空气流速又会减缓。这种峡谷地形对气流的影 响，称为“狭管效应”或“峡谷效应”。液体在管中流动，经过狭窄处时流速加快。气流在地面流经狭窄地形时类似液 体在管中的流动，流速也会增加，并因气体具有可压缩性,密度也会增大。从流体力学角度讲，风在峡谷中受到挤压，风速变大，并且 流动变得混乱，由开阔空间的层流状态转变为湍流状态，从 而可以达到破坏性的速度。任何种类风力机产生的功率可用下式表示：pm*.是太阳能的一种转化形式是一种清洁的可再生能源而全球风能资源丰富据估计地球上近地层的风能总量约为其中可利用的风能为比地球上可开发利用的水能总量还要大倍大有开发空间但是风能要受到地形气候等因素影响开发具有一明代思想家提出了经世致用的观点作为一个大学生应该从生活中发现问题用学的知识试着去解释偶然的发现让我对风能的利用有了一点点大胆的猜想很多同学都会发现每当经过三江楼总会有一阵很强烈的风迎面而来即使别的地方无峡谷状很小的风在这里受到挤压加速才导致了大风即所谓的狭管效应目前大多数的风力机分布在海上山顶等地而实际中峡谷型地形处风力资源丰富但并没有得到有效地利用结合所学我觉得狭管效应或许可以应用于风能开发二理论识式中p输岀功率；p空气密度（取大气状态）；U 设计的风速；A风轮扫掠的而积；C风能利用系数；p Q传动效率；m q电效率.e由风力机功率表达式可知，风速，气体密度越大，风力机 的功率约大，并且增大的效果十分明显。而通过借助“狭管 效应”，我们正可以得到速度非常大的气流，这就给上面的 猜想提供了理论上的依据。三.具体方案 由于峡谷等地空间有限，因此大型风力机在峡谷处并不 可行，我们可以改用中小型风力机。而联想到实际，峡谷中 的风一般是混乱的湍流，杂乱无章，方向变化极为频繁。从 一些统计资料来看，有很多风力机是被剧烈的狂风毁坏的,即使加固风力机的塔架或者增强风力机结构材料的刚性，依 然有比较大的被毁坏的风险。实际应用中的对策有：L风力机选在风力较大但风向和风速 变化较小的地方；2将风力机建在空气湍流较少的地方；3.是太阳能的一种转化形式是一种清洁的可再生能源而全球风能资源丰富据估计地球上近地层的风能总量约为其中可利用的风能为比地球上可开发利用的水能总量还要大倍大有开发空间但是风能要受到地形气候等因素影响开发具有一明代思想家提出了经世致用的观点作为一个大学生应该从生活中发现问题用学的知识试着去解释偶然的发现让我对风能的利用有了一点点大胆的猜想很多同学都会发现每当经过三江楼总会有一阵很强烈的风迎面而来即使别的地方无峡谷状很小的风在这里受到挤压加速才导致了大风即所谓的狭管效应目前大多数的风力机分布在海上山顶等地而实际中峡谷型地形处风力资源丰富但并没有得到有效地利用结合所学我觉得狭管效应或许可以应用于风能开发二理论识提高叶片制作精度，使叶片的质量均匀一致。似乎峡谷处风力发电并不符合以上的对策，但是假如可以通 过一些附加装置，使得杂乱无章的峡谷风变得有序，峡谷风 发电依然大有可为。结合本学期学习的流体力学知识，我们 可以人为地通过修整或者沿峡谷两侧排列挡板，先形成一个 平整的渐缩型入风口。平整的挡板可以使进入入风口的风避 免与两侧山体碰撞，既减少能量损失，又加强了来风的有序 性。然后在入风口后部围上类似于层流罩的整流网。设计成 渐缩型是根据工dcdA讪（如而得，当入口处风足够大时，减小 程热力学中如截面积可以增大流速。通过这两项措施，可以 让杂乱无章的峡谷风变成风向稳定持续的近似层流风，从而 让风力机不受损坏，长期稳定地发电。简单示意图如下：风力机可以选择螺旋桨式水平轴风力机。有些想法也不注:是太阳能的一种转化形式是一种清洁的可再生能源而全球风能资源丰富据估计地球上近地层的风能总量约为其中可利用的风能为比地球上可开发利用的水能总量还要大倍大有开发空间但是风能要受到地形气候等因素影响开发具有一明代思想家提出了经世致用的观点作为一个大学生应该从生活中发现问题用学的知识试着去解释偶然的发现让我对风能的利用有了一点点大胆的猜想很多同学都会发现每当经过三江楼总会有一阵很强烈的风迎面而来即使别的地方无峡谷状很小的风在这里受到挤压加速才导致了大风即所谓的狭管效应目前大多数的风力机分布在海上山顶等地而实际中峡谷型地形处风力资源丰富但并没有得到有效地利用结合所学我觉得狭管效应或许可以应用于风能开发二理论识本论文有很多假设之处并不科学，一 合实际情况，有些问题现阶段的技术还不能解决，但是也为 如何有效利用风能提出一些小小的创意，或许在条件成熟知 识，这一技术可以造福于人类。参考文献：可再生能源概论；O新能源及可再生能源利用 是太阳能的一种转化形式是一种清洁的可再生能源而全球风能资源丰富据估计地球上近地层的风能总量约为其中可利用的风能为比地球上可开发利用的水能总量还要大倍大有开发空间但是风能要受到地形气候等因素影响开发具有一明代思想家提出了经世致用的观点作为一个大学生应该从生活中发现问题用学的知识试着去解释偶然的发现让我对风能的利用有了一点点大胆的猜想很多同学都会发现每当经过三江楼总会有一阵很强烈的风迎面而来即使别的地方无峡谷状很小的风在这里受到挤压加速才导致了大风即所谓的狭管效应目前大多数的风力机分布在海上山顶等地而实际中峡谷型地形处风力资源丰富但并没有得到有效地利用结合所学我觉得狭管效应或许可以应用于风能开发二理论识