垂直轴风轮的关键参数分析

影响垂直轴风轮性能的要素有许多，除了叶片动力特性外，实度σ也是影响风轮性能的主要参数之一。

垂直轴风轮叶片实度σ定义为叶片弦长之和与风轮旋转半径R的圆周长之比，即

图8-16所示为叶片实度对风能利用系数的影响曲线。从图8-16可以发现，当实度增大时，风轮获得的最大功率对应的叶尖速比变小；相反实度减小时，风轮获得最大风能利用系数的叶尖速比系数增加。该结论与水平轴风轮的情形一致。从图中还可以看出，叶片实度减小，在最佳叶尖速比附近，风轮风能利用系数CP值也较高；相反，叶片实度增加后，叶尖速比附近的高CP值范围变窄。这是因为，当实度增大时，风轮叶片对风的阻力增大，吹到叶片上的风速减弱，叶片产生高的旋转力矩的攻角向低尖速比方向移动。根据此规律，为了改善升力性垂直轴风轮的起动性能，可以适当增大实度。但这样改善所带来的缺点是，为了获得较高的风轮风能利用系数CP，必须对风轮旋转进行更精确地控制和调节。(www.xing528.com)

图8-16　叶片实度对风轮性能的影响

实度增大，风轮的阻力增大，流入风轮内部的风速减弱。更多的空气流由于风轮阻力增大，而在风轮形成的旋转平面的外部绕流而过。因此，实度对风轮的影响体现在叶片表面风速的变化。叶片表面的风速是由来流风速与叶片旋转产生的线速度合成的相对速度，由于吹向风轮内部的风速减弱，使得叶片0°～90°和270°～360°范围内叶片的攻角变小，导致气流产生的力矩变小，风轮的功率降低。