风力机相似性对性能预测的应用

前面已经得知，由于两个风力机相似，对应叶素上的φ、α、β、C_l和C_d值均相等。对于模型和原型机上的对应叶素，下列关系式成立：

由于风轮总的推力、力矩和功率可以分别由所有叶片（N）各个叶素的推力、力矩和功率的总和得到，所以

式（5-22）可改写为

同理

由于风轮的效率，所以

这表明，对于具有相同叶尖速比的相似模型和原型机，它们的效率也相等。这个结果有很大的用处，利用它能够从实验室风洞中试验的相似小风力机的性能推断出大型机的效率。式（5-26）中的叶尖速比λ=u₀/v_∞是指风轮的外缘切向速度与风轮前气流速度之比。以下的另外一些结论也以风轮前方的速度v_∞来表述，因为该处风速是未受干扰的。

两个风力机相似时，他们具有相同的下述无因次参数：

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C_T、C_M、C_P分别为风轮的推力系数、转矩系数和风能利用系数。

式中 v_∞——风力机前方5～6倍风轮直径处的风速；

A——风轮扫掠面积；

R——风轮半径。

图5-18 风能利用系数C_P与叶尖速比λ的关系

这样，就可以在实验室里得到模型的C_T=f（λ）、C_M=f（λ）、C_P=f（λ）的一组特性曲线，模型的特性曲线对于与其相似的原型机或其他相似风轮都适用的。此后就可以利用这些无量纲系数及其f（λ）曲线来给出风轮特性的实验结果。图5-18给出的是不同叶片升阻比E、不同叶片数N条件下风力机风能利用系数C_P与叶尖速比λ的关系。

对于已知其特性曲线的风力机，即对应于每个叶尖速比λ的C_T、

C_M、C_P值已知，则该风力机在不同

的风速v_∞、不同的工作转速n（对应于u₀）下的T、M和P的值就可求出

这样就可以绘出风力机的推力、转矩和功率相对于风速v∞、工作转速n的关系曲线。这些性能曲线可用于分析风力机于其负载的特性匹配与否，即在研究用风轮驱动发电机等负载时，将起到非常重要的作用。