基于空氣動力學的風力機優化設計

文/梁孟

風力機的出現解決偏遠地區用電難，城市電企高峰期負載過大等問題，風力機由于具有半永久式特點，一般處于風力較大位置。部分施工單位在進行安裝風力機時，由于未能對周邊環境進行具體分析，導致風力機工作效率較低，未能創造更大價值。通過對空氣動力學的研究，依據風向、風速等條件對風力機進行多角度分析，通過不斷的優化研究使風力機擴大安裝范圍、提升工作效率、充分發揮傳動系統的承載潛力。風力機將風能轉化為電能，提升資源利用率的同時，也可對所在地區進行風力檢測，通過對空氣動力學進行運用，對風力機技術不斷更新，提升風力機的整體工作效率。

1 空氣動力學概述

空氣動力學作為力學衍生學科，主要研究汽車、飛機、輪船等物體，通過物體運動過程中受到的空氣阻力和相對應的氣流運行軌跡進行分析，基于流體動力學之上的一種新型學科。目前科學家對空氣動力學主要從理論知識和實踐內容領域兩方面進行研究，通過理論知識對影響因素進行精密計算，在將計算得到的成果經過不斷實踐進行成果認證，形成在理論中得真理，在實踐中得真知的理念。理論基礎一般由能量守恒原則、動力學牛頓定律、質量守恒原則、熱力學定律等組成。實踐過程中，必須對不同環境下，進行細致性試驗，將真實環境中所能遇到的問題通過模擬環境試驗，將結果進行分析并總結，與理論知識相互印證，得到精確地結果。

2 風力機分類及發展結構

2.1 風力機分類

風力機根據容量的大小可分為小型、中型、大型、巨型風力機，風力機單體容量越高，所具有的槳葉越長。通過風輪葉片組成和在實際氣流中的位置，可分為水平式風力機和垂直式風力機。水平式風力機指風輪葉片以水平軸承為中心進行旋轉，與風向呈垂直狀態；垂直式風力機是指風輪葉片以垂直軸承為中心進行旋轉。風力發電機按照功率可分為定槳距、變槳距失速型風力機等，風力機在運行過程中，通過風速來決定運行速率，將風能轉化為所需電能。

2.2 風力機發展結構

隨著科學技術的不斷發展，風力發電技術也逐漸趨于成熟。在其發展過程中主要分為三個階段，首先是低容量直流式發電機過程，其次是籠型三相異步發電機過程，最后是雙饋型異步發電機過程。通過不斷發展由小型轉為大型，直流式轉為交流式。通過先進技術的不斷融合，風力發電設備運行效率也在穩步提升。當前在節能減排的倡導下，風力機可將可在生資源轉換成電能，提高資源利用率，在技術性問題得到解決時，將成為發電行業的新興助力。

3 基于供氣動力學的風力機優化設計

3.1 擴大安裝范圍

隨著空氣動力學研究范圍越來越廣，經過對風力發電機風輪及工作系統的不斷優化，目前已廣泛應用于各地區。技術人員在進行安裝風力發電設備之前，對待安裝地區的環境、氣候和季節性變化進行多角度分析。經過空氣動力學的研究原理，先對其進行模型式安裝，依據風力機模型工作強度，通過對付出比和收入比進行嚴格對照，當呈收益狀態時，可對此地區進行風力設備的安裝。通過模型式空氣動力學，減少實地消耗的損失，并可由專業人員將技術進行多地區同時進行，將結果進行匯總，可有效擴大風力機安裝范圍，減輕電力企業的負擔。

3.2 提升工作效率

通過對空氣動力學的研究，有效調整風力發電機的風葉位置，令風力發電機在正常風速條件下達到能量最大轉換率。當空氣動力學處于低速風向時，期間介質密度較低可作為常數進行判斷，利用無沾式二維位勢流、面型及線型升力理論等對風力機進行設計，提升風力機的整體運動機能。風力機作為半永久式安裝設備，需根據地點環境不同，測出具體風值，根據季節氣候變化，對風向的轉變做記錄。依據空氣動力學的理念，調整風葉不同位置，提升風力機的工作效率。風力發電機整體構造較為簡單，將風能轉化為機械能，有機械能轉化為電能，自然風具有多環境性，地理位置的不同易造成風向多變，以空氣動力學進行對風力發電機進行優化，可提升整體的工作效率。

3.3 充分發揮傳動系統的承載潛力

在風力發電機進行工作時，由于地點安放不同，部分發電機風葉輪直徑較大，在設備運行過程中，經過長時間工作狀態，增加風力機整體的運行負擔，加大傳動系統的承載壓力。通過空氣動力學優化，將流體氣壓原理作用在風力機的風輪上，時風輪在轉動過程中形成氣壓對流，令風輪實現運動中減壓。通過風輪轉力的弱傳導系統，提升傳動系統的承載能力。

4 結語

綜上所述，通過對風力發電技術的不斷更新，使設備的能源轉換率不斷提升，經過空氣動力學的引進，令風力發電機得到優化。本文對力學衍生下的空氣動力學進行簡要概括，介紹了風力機分類和發展結構，對風力發電機在空氣動力學下優化后結果進行研究。通過研究，風力發電機可提升整體的運行效率，達到節能減排的目的。相應的技術人員對安裝地區進行定期檢查，令空氣動力學得到更廣泛應用，不斷對風力技術進行研發，提升可再生資源的轉換率，與國家宣揚的節能減排、提升可再生資源利用率等政策相呼應。