效率定义的问题风力机效率=输出机械能(轴功)/进口风能水轮机(汽轮机、燃气透平)效率=输出机械能/进出口总能差这样定义的结果就是风力机效率里认为出口动能是一种有用能损失(在叶轮机械里被叫做余速损失),而且这部分损失很大。
而其他大部分叶轮机械则不把出口剩余能量认为是损失,影响气动效率的是粘性和激波的作用。
为什么要这样定义?风力机不仅追求能量转换效率还追求能量密度,尽可能提高发电量也是很重要的。
甚至可以说风能利用就是多多益善,追求的就是进口能量的最大化利用。
而水轮机、汽轮机在设计时就是存在设计能头和设计出口温度压力的。
原因在于水电要是过度利用了江河的能头,对于下游流动会产生很大的负面影响。
在水轮机下游会设置尾水管,将水轮机出口动能重新变为压力,尽量减小这部分动能损失,减小对下游影响。
进口风能被完全利用,大不了就是下游雾霾大一点。
风力机采用这样的定义,显然会存在一个效率极限,因为风力机流量和利用能量差是矛盾的。
另外一个问题是,水的密度以及带来的能量密度高有帮助吗?我觉得显然是有的。
风力机与水轮机在发电前端都是机械能对机械能的直接转化,密度大的流体推动沉重的机械是更有效率的:机械本身可以做得较小,流体本身有黏性,小的接触面积可以减小摩擦损耗;大尺度的风机叶片有叶尖诱导阻力等显著的气动阻力;机械本身的摩擦损耗占捕获能量的比例更小,等等。
水的密度大,而空气密度和水差了三个数量级。
水轮机上游是水坝的高水位,水有大量的势能可以用来转化;而风力机面对的是自由来流,换言之需要捕获的是空气的动能。
由于密度的差距,这个能量差距非常大,风能可以说是相对稀薄的。
最重要的,水轮机的叶轮运转在封闭系统中,可以维持来流的压强,而风力机的叶片运转在开放系统中。
Shrouded rotor理论效率就高。
声明:文章转自知乎问答,转载此文是出于传递更多信息之目的。
若有