当风能遇到“狭管效应”风能利用(借鉴材料)

1、当风能遇到“狭管效应”如何有效利用地形开发或人为创造有利地形开发风能设计背景风能空气运动产生的动能，它是太阳能的一种转化形式， 是一种清洁的可再生能源。而全球风能资源丰富，据估计， 地球上近地层的风能总量约为 2.74X109MW，其中可利用的 风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要 大10倍，大有开发空间。但是风能要受到地形，气候等 因素影响，开发具有一些地域等的局限性，还有一个更大 的缺陷就是风能能流密度低。因此，如何改善风能的利用 效率是一个重要的课题。中国明代思想家提出了 “经世致用”的观点，作为一个 大学生，应该从生活中发现问题，用所学的知识试着去解 释。偶然的发现，

2、让我对风能的利用有了一点点大胆的猜 想。很多同学都会发现，每当经过三江楼，总会有一阵很强 烈的风迎面而来。即使别的地方无风时，那里也会刮起大 风。这引起了我的兴趣，我发现这和三江楼独特的位置有 关，它与后面的图书馆以及行政楼形成了峡谷状，很小的 风在这里受到挤压加速，才导致了大风，即所谓的“狭管 效应”。目前大多数的风力机分布在海上，山顶等地，而 实际中峡谷型地形处风力资源丰富，但并没有得到有效地利用。结合所学，我觉得“狭管效应”或许可以应用于风 能开发。二.理论知识狭管效应：当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大。当流出峡谷时，空气流速又会

3、减缓。这种峡谷地 形对气流的影响，称为 狭管效应”或峡谷效应”。液体 在管中流动，经过狭窄处时流速加快。 气流在地面流经 狭窄地形时类似液体在管中的流动，流速也会增加，并因气体具有可压缩性，密度也会增大。从流体力学角度讲，风在峡谷中受到挤压，风速变大， 并且流动变得混乱，由开阔空间的层流状态转变为湍流 状态，从而可以达到破坏性的速度。任何种类风力机产生的功率可用下式表示：P =1/2 pu3 ACp n m n e式中P输出功率；p空气密度（取大气状态）；U 设计的风速；A风轮扫掠的面积；Cp风能利用系数；n m 传动效率；n e电效率.由风力机功率表达式可知，风速，气体密度越大，风力机的功率

4、约大，并且增大的效果十分明显。而通过借助“狭管效应”，我们正可以得到速度非常大的气流，这 就给上面的猜想提供了理论上的依据。三.具体方案由于峡谷等地空间有限，因此大型风力机在峡谷处并不 可行，我们可以改用中小型风力机。而联想到实际，峡谷中 的风一般是混乱的湍流，杂乱无章，方向变化极为频繁。从 一些统计资料来看，有很多风力机是被剧烈的狂风毁坏的， 即使加固风力机的塔架或者增强风力机结构材料的刚性，依 然有比较大的被毁坏的风险。实际应用中的对策有：1.风力机选在风力较大但风向和风速变化较小的地方；2.将风力机建在空气湍流较少的地方；3.提高叶片制作精度，使叶片的质量均匀一致。似乎峡谷处风力发电并不

5、符合以上的对策，但是假如可以通 过一些附加装置，使得杂乱无章的峡谷风变得有序，峡谷风 发电依然大有可为。结合本学期学习的流体力学知识，我们可以人为地通过修整或者沿峡谷两侧排列挡板，先形成一个平整的渐缩型入风口。平整的挡板可以使进入入风口的风避免与两侧山体碰 撞，既减少能量损失，又加强了来风的有序性。然后在入风 口后部围上类似于层流罩的整流网。设计成渐缩型是根据工吐(Ma2 1)dCL、程热力学中ACf而得，当入口处风足够大时，减小截面积可以增大流速。通过这两项措施，可以让杂乱无章的 峡谷风变成风向稳定持续的近似层流风，从而让风力机不受 损坏，长期稳定地发电。简单示意图如下：桂蛊罩，两側洁按风力机可以选择螺旋桨式水平轴风力机。注：本论文有很多假设之处并不科学，有些想法也不合实际情况，有些问题现阶