基于空气动力学的风力机优化设计

文/梁孟

风力机的出现解决偏远地区用电难，城市电企高峰期负载过大等问题，风力机由于具有半永久式特点，一般处于风力较大位置。部分施工单位在进行安装风力机时，由于未能对周边环境进行具体分析，导致风力机工作效率较低，未能创造更大价值。通过对空气动力学的研究，依据风向、风速等条件对风力机进行多角度分析，通过不断的优化研究使风力机扩大安装范围、提升工作效率、充分发挥传动系统的承载潜力。风力机将风能转化为电能，提升资源利用率的同时，也可对所在地区进行风力检测，通过对空气动力学进行运用，对风力机技术不断更新，提升风力机的整体工作效率。

1 空气动力学概述

空气动力学作为力学衍生学科，主要研究汽车、飞机、轮船等物体，通过物体运动过程中受到的空气阻力和相对应的气流运行轨迹进行分析，基于流体动力学之上的一种新型学科。目前科学家对空气动力学主要从理论知识和实践内容领域两方面进行研究，通过理论知识对影响因素进行精密计算，在将计算得到的成果经过不断实践进行成果认证，形成在理论中得真理，在实践中得真知的理念。理论基础一般由能量守恒原则、动力学牛顿定律、质量守恒原则、热力学定律等组成。实践过程中，必须对不同环境下，进行细致性试验，将真实环境中所能遇到的问题通过模拟环境试验，将结果进行分析并总结，与理论知识相互印证，得到精确地结果。

2 风力机分类及发展结构

2.1 风力机分类

风力机根据容量的大小可分为小型、中型、大型、巨型风力机，风力机单体容量越高，所具有的桨叶越长。通过风轮叶片组成和在实际气流中的位置，可分为水平式风力机和垂直式风力机。水平式风力机指风轮叶片以水平轴承为中心进行旋转，与风向呈垂直状态；垂直式风力机是指风轮叶片以垂直轴承为中心进行旋转。风力发电机按照功率可分为定桨距、变桨距失速型风力机等，风力机在运行过程中，通过风速来决定运行速率，将风能转化为所需电能。

2.2 风力机发展结构

随着科学技术的不断发展，风力发电技术也逐渐趋于成熟。在其发展过程中主要分为三个阶段，首先是低容量直流式发电机过程，其次是笼型三相异步发电机过程，最后是双馈型异步发电机过程。通过不断发展由小型转为大型，直流式转为交流式。通过先进技术的不断融合，风力发电设备运行效率也在稳步提升。当前在节能减排的倡导下，风力机可将可在生资源转换成电能，提高资源利用率，在技术性问题得到解决时，将成为发电行业的新兴助力。

3 基于供气动力学的风力机优化设计

3.1 扩大安装范围

随着空气动力学研究范围越来越广，经过对风力发电机风轮及工作系统的不断优化，目前已广泛应用于各地区。技术人员在进行安装风力发电设备之前，对待安装地区的环境、气候和季节性变化进行多角度分析。经过空气动力学的研究原理，先对其进行模型式安装，依据风力机模型工作强度，通过对付出比和收入比进行严格对照，当呈收益状态时，可对此地区进行风力设备的安装。通过模型式空气动力学，减少实地消耗的损失，并可由专业人员将技术进行多地区同时进行，将结果进行汇总，可有效扩大风力机安装范围，减轻电力企业的负担。

3.2 提升工作效率

通过对空气动力学的研究，有效调整风力发电机的风叶位置，令风力发电机在正常风速条件下达到能量最大转换率。当空气动力学处于低速风向时，期间介质密度较低可作为常数进行判断，利用无沾式二维位势流、面型及线型升力理论等对风力机进行设计，提升风力机的整体运动机能。风力机作为半永久式安装设备，需根据地点环境不同，测出具体风值，根据季节气候变化，对风向的转变做记录。依据空气动力学的理念，调整风叶不同位置，提升风力机的工作效率。风力发电机整体构造较为简单，将风能转化为机械能，有机械能转化为电能，自然风具有多环境性，地理位置的不同易造成风向多变，以空气动力学进行对风力发电机进行优化，可提升整体的工作效率。

3.3 充分发挥传动系统的承载潜力

在风力发电机进行工作时，由于地点安放不同，部分发电机风叶轮直径较大，在设备运行过程中，经过长时间工作状态，增加风力机整体的运行负担，加大传动系统的承载压力。通过空气动力学优化，将流体气压原理作用在风力机的风轮上，时风轮在转动过程中形成气压对流，令风轮实现运动中减压。通过风轮转力的弱传导系统，提升传动系统的承载能力。

4 结语

综上所述，通过对风力发电技术的不断更新，使设备的能源转换率不断提升，经过空气动力学的引进，令风力发电机得到优化。本文对力学衍生下的空气动力学进行简要概括，介绍了风力机分类和发展结构，对风力发电机在空气动力学下优化后结果进行研究。通过研究，风力发电机可提升整体的运行效率，达到节能减排的目的。相应的技术人员对安装地区进行定期检查，令空气动力学得到更广泛应用，不断对风力技术进行研发，提升可再生资源的转换率，与国家宣扬的节能减排、提升可再生资源利用率等政策相呼应。