风力涡轮机往哪个方向转似乎并不重要,但它确实很重要。

2020-05-15 04:10:21

我认为刻度盘的钟面朝相反的方向扫过,这就是所谓的“顺时针”方向。他们也会同样忠实地报时。让所有的时钟指针朝同一个方向转是很方便的,但哪个方向是历史的偶然。同样,对于风力涡轮机制造商来说,几乎所有这些设备的叶片都是顺时针旋转,这似乎是一个武断但有效的选择。然而,5月4日提交给欧洲地球科学联盟大会的一项研究(在线举行,而不是按计划在维也纳举行)表明,在发现96%涡轮机的北半球,普遍的顺时针可能是不好的。

对于单个涡轮机来说,这确实无关紧要。但是涡轮机通常是成组种植的。根据奥伯法芬霍芬德国航空航天中心的Antonia Engberger和她的同事们的说法,如果在这样的群体中,一个涡轮机落后于另一个涡轮机,那么这确实有关系。他们建立了一个计算机模型,模拟涡轮机在两个方向上转动时的气流,然后计算这对第二个涡轮机的影响,即第一个涡轮机的下风。研究小组得出结论,在白天,没有什么不同。但在夜间,如果顺风设备的同事逆时针转动,顺风设备的输出功率可能会高出23%。

原因在于大气层底部几百米的夜间行为,即所谓的边界层。白天,太阳光加热地面,从而加热附近的空气,空气以漩涡的方式上升,导致混合良好的边界层在所有高度都以同样的方式运行。对于风力涡轮机来说,其结果是,无论处于旋转的顶部还是底部,其转子叶片感觉到的风速和风向都是相同的。

然而,到了晚上,地面会变凉。因此,螺纹经常消失,边界层停止混合。现在,与植被或建筑物的摩擦意味着靠近地面的空气比高于地面的空气移动得更慢-这种效应被称为与高度相关的风切变。考虑到现代涡轮机的叶片跨度,剪切量足够大,足以让地球自转发挥作用。这会将北半球的气流向右推进,在南半球向左推进,这种现象被称为科里奥利力(Coriolis Force)。气流越快,偏差越大。因此,风切变引起风向转向,风向随高度逐渐改变。

这对涡轮机对来说很重要,因为推动迎风装置叶片的空气,从而使它们顺时针旋转,本身就被那些叶片朝向另一个方向偏转。这就把它变成了一个逆时针旋转的湍流尾迹(在这种情况下)。这种逆时针旋转与科里奥利诱导的尾迹周围未受干扰的风的转向趋势相冲突。这阻碍了尾流从周围不受干扰的风中获取能量,然后以新的Vim撞击第二个涡轮机的能力。

在第一个涡轮机逆时针旋转的情况下,尾迹将是顺时针方向,从而与北半球的风向相匹配。这使得它可以从周围的空气中获得能量,并将其输送到下一台涡轮机-这与现在发生的情况相反。而在南半球,这一切都是相反的,所以传统的顺时针涡轮机效果最好。

根据恩伯格博士的发现重新装备工厂,让涡轮机逆时针运转,这肯定是昂贵的。通过这样做可以从风中挤出的额外电力是否值得这样做,这需要更多的调查。然而,她的结果确实清楚地表明,即使是表面上武断的决定也可能产生意想不到的后果。。

这篇文章发表在印刷版的科技版上,标题为“剪切、转向、欢呼”。