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风的利用
从"风帆行舟"
到"风力发电"
风的利用史
风能的利用已有
千年的历史.最
早的利用方式便
是风帆行船,到现代的风力发电.早在唐朝诗人李白就有"乘风破浪会有时,直挂云帆济沧海" ,而到了明朝,郑和就领着庞大的船队七下西洋.在现代风的利用还主要是风力发电,十六世纪,荷兰人利用风车排水,与海争地,在低洼的海滩地上建国立业,逐渐发展成为一个经
济发达的国家.直到
今天,荷兰人将风车
视为国宝,北欧国家
保留的大量荷兰式的
大风车,已成为人类
文明史的见证.
风车发电
风帆行舟
怎样使作用与船的风力最大
y 如图所示:设帆面法向与Y轴成A角,风向
与Y轴成B角,Y的方向实为帆船的航向.现
来求驱使帆船前行的力F.
解: 以I来表示风强,则风对帆的作
用强度应为I2=ICOS(B-A).
而作用在帆上的风力只有沿Y轴的方向是驱使
帆船前进的力F.所以:
F=ISCOS2(B-A)COSB.
上式对B求导得:
2tg(B-A)=tgA时F最大.
(当然,需说明,I本应该是风相对于船的风向,但风速远大于船速,
我们直接用I的方向来分析更简便,同时误差也不大.)
帆面法向
风向
X
帆面
船
风向I
逆风也能前行
若在上例中风是沿Y的反向,怎样才可以使得船能逆风前行呢 分析F关于A的式子,我们可以看到A角要满足:
COSA0即可.也就是说我们可以不必沿着Y轴前行,采用曲线或折线的方法办到这一点,如下图所示:
风向
航线
逆风航行的可行性
此法能使得,在每条直线的航线上,可通过调节帆的方向使得航向与风向以及帆面法向达到一定的角度要求,于是利用逆风,帆船同样可以前行.
如图所示:航向与风向及帆面法线之间的夹角都为锐角,于是船便可照此线路航行.
风向
航向
帆面
a
b
风力发电
风力发电的原理:利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电.
风力发电的优点:首先风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染.再者风能也是巨大的,理论上仅1%的风能就能满足人类能源需要.
风力发电善需解决的问题: 一是受条件的限制,难以收集利用;二是风力发电机因风量不稳定 .
风力发电机
100多年来,世界各国研制成功了类型各异的风力发电机.1998年,全世界风力发电装机容量达到960万千瓦,全球风力发电量达210亿千瓦时,可供350万户家庭使用.
风力发电机主要包括水平轴式风力发电机和垂直轴式风力发电机等.其中,水平轴式风力发电机是目前技术最成熟,生产量最多的一种形式.它由风轮,增速齿轮箱,发电机,偏航装置,控制系统,塔架等部件所组成.风轮将风能转换为机械能,低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速,将动力传递给发电机.整个机舱由高大的塔架举起,由于风向经常变化,为了有效地利用风能,还安装有迎风装置,它根据风向传感器测得的风向信号,由控制器控制偏航电机,驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动,使机舱始终对风.
风能的转化
风力发电的目标便是把风能转化为电能,而所谓风能实际上就是空气流动的动能.
和帆船类似的,风吹动风车使得风车转动,带动发电机发电.其实道理是一样的,风车发扇叶并不是与风垂直的,它好比帆船的风帆,同样借助风力来实现风能的转化,使之能进一步的转化为电能.
扇叶其实是一穿过此纸面
的一个面,(而非此面上
的一条线).由于该面与风向成一
定角度,使得扇叶能转动起
来.
风向
扇叶
关于风能利用的总结
风力是一种洁净的自然一级能源,没有环境污染问题,同时建造风力发电场费用低廉.而且我们也可以看到利用风是轻易而又简便的,所以我们要更好更充分的利用风.
当然在充分利用风这问题上,我们还是遇到了一些困难,急待我们去解决.
如今,我们越发的重视无污染的自然能,而风能无疑便是其中一种,良好的利用风能会对我们有相当大的利益!
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评论列表（3条）
我是中洹号的签约作者“问丝”
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