[發明專利]一種水平軸尾流擴散式風力機技術

在審

• 申請號: 201911314652.1
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN110878736A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 郭鵬
• 申請（專利權）人: 郭鵬
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了“一種水平軸尾流擴散式風力機技術”的相關原理以及技術解決方案；貝茨定律（Betz' Law）是風力發電領域的基礎理論，但在公知文獻中，只有貝茲理論的推導過程，沒有任何實驗驗證過貝茲理論假定的“理想風輪”在現實環境中的具體數據；貝茲理論極限值為59.3%，但是通過具體實驗發現，現實環境中實際測量的數據結果與貝茲理論不符；如附圖所示，理想風輪在貝茨定律中假定的流場與現實環境中氣流流場的表現截然不同；為了降低風力機的啟動風速，為了提高風力機的風能利用率，基于牛頓第二定律完成了本發明；通過具體實驗發現，本發明極大的降低了風力機的啟動風速，提高了風力機的風能利用率。

技術領域

本發明屬于風能利用領域，具體的說是一種利用特殊設計的阻力式風力機葉輪結構生成擴散式尾流流場，利用葉輪前方與葉輪后方的氣壓壓差加速氣流流動，進而驅動葉輪旋轉后帶動設備做功的技術。風力機是指包含風力發電、風力提水、風力研磨、風力驅動水體增氧、風力驅動壓縮機等諸多直接或間接利用風能的相關技術。

背景技術

風力發電技術是一種綠色環保可再生的新能源技術。在當今世界上，只要提到風力發電，幾乎所有人的腦中都會浮現出由3個細長葉片組成的風力發電機結構。這種由3個細長葉片組成的風力發電機被稱之為水平軸升力式風力發電機，他的設計理論基礎源自貝茲理論（Betz' Law）。

貝茲理論是由若干條貝茲假設推導而來，但在研究中發現，貝茲假設中的多項假設并不符合現實環境中的客觀自然規律，甚至與事實相悖。在貝茲理論中，葉輪范圍內被視為一個擁有邊界的流管，而現實中的風力機葉輪處于一個開放式的環境。貝茲理論僅注意到葉輪范圍內的氣流，而忽略了葉輪范圍外的氣流對風力機的影響。

在貝茲理論中假設，風力發電機的理想葉輪是由無限多的葉片組成的。那么在現實環境中就代表貝茲理論假設的風力發電機葉輪（理想風輪）實際上是一個實心圓盤。在貝茲理論中假定，這個實心圓盤不會對風力（氣流）產生阻力，氣流會穿過這個實心圓盤，然后把一部分動能留在圓盤上用來驅動圓盤旋轉。

但是，現實環境中，如果葉輪是實心圓盤，那么必然會阻擋氣流的前進方向，導致風向和風力發生變化。

參考附圖01與附圖02；

附圖01是貝茲理論中假想的風力發電機“理想風輪”氣流流場圖；

附圖02是在現實環境中模擬“理想風輪”結構制成的風力發電機葉輪氣流流場圖。

通過附圖01與附圖02的對比可以發現，貝茲理論假設的理想風輪與現實環境中的“理想風輪”在自然環境下會表現出截然不同的結果，因此可以證明貝茲理論不符合現實環境客觀自然規律。

貝茲理論最主要的謬誤就是忽略了風力發電機葉片對氣流產生的阻力，以及阻力對氣流所造成的影響。如果風力發電機葉輪結構符合貝茲理論中提出的理想風輪結構，那么氣流流場必然如附圖02中所示，從葉輪外側繞行。

在后續實驗中發現，錯誤的假定了氣流流場后，會使風力發電機葉輪在后續表現中的計算結果會產生巨大的誤差。尤其是在現實環境中復原了貝茲理論假設的理想風輪后，通過實驗測得數據與貝茲理論推導的數據存在巨大差異。

貝茲理論是基于貝茲假設推導而來，但是當貝茲假設并不符合客觀自然規律時，或者說不符合現實環境時，由不符合客觀自然規律的假設推導出來的結論必然無法得出符合客觀現實規律的正確結果。

當今世界上常見的小三葉風力發電機（水平軸升力式風力發電機）實際上是現實風力環境與貝茲理論之間的妥協的結果。或者說，是為了讓風力發電機符合貝茲理論，將風力發電機葉輪削足適履，改造成一種能夠符合貝茲理論的結構。其主要目的為“保證氣流在在通過葉輪過程中不被葉輪阻擋”，防止當葉輪高速旋轉時，前方葉片的擾流影響到后方葉片。

實踐（實驗）是檢驗真理的唯一標準。在知網中，以“貝茲理論 實驗”為關鍵字進行檢索，希望找到有關貝茲理論的實驗佐證貝茲理論的推導過程。