从风力涡轮机估计最大功率的新理论：基于牛顿基本原理的方法
摘要：用牛顿力学的一种新方法来计算风力涡轮机的功率输出。这与基于动能气体动能的叶片拦截率来估计功率输出的现有方法形成对比，该方法受到正螺旋桨理论的贝兹极限的规定。径向作用产生的力矩来自于风轮表面不同半径处空气分子的冲击力，无论是顺风还是逆风。从尺寸上来说，力矩是一种行动的速率。通过输入风轮尺寸、弹性风冲击对叶片表面的入射角度、弦长和桨叶长度以及与风速的桨叶线速比，可以通过数值积分来实现对顺风力矩的积分运算。在旋转平面上，可以通过叶片对物质粒子的径向冲击来估计逆风或追风力矩的速率，其大小随叶片半径的平方和角速度变化。这些行动和反应的净力矩通过与涡轮转子的角速度的乘积转化为功率，被视为风力涡轮机的理想循环。其设计应有助于优化涡轮机运行的空气动力学元素。值得关注的是，关于风力涡轮机产生显著的热量的预测，不仅仅是由于追风反力矩的大小，还由于在空气流与叶片冲击后的湍流层紊乱级联引起的下风方向的更大热量释放。鉴于风力发电场作为可再生能源的广泛应用和最小化环境影响的需求，这种新方法应该有助于改进风能的理论和实践。
作者：Ivan R. Kennedy, Migdat Hodzic, Angus N. Crossan, Niranjan Acharige and John Runcie
论文ID：2110.15117
分类：Classical Physics
分类简称：physics.class-ph
提交时间：2021-10-29