[发明专利]一种水平轴尾流扩散式风力机技术

说明书

本发明提供了“一种水平轴尾流扩散式风力机技术”的相关原理以及技术解决方案；贝茨定律（Betz' Law）是风力发电领域的基础理论，但在公知文献中，只有贝兹理论的推导过程，没有任何实验验证过贝兹理论假定的“理想风轮”在现实环境中的具体数据；贝兹理论极限值为59.3%，但是通过具体实验发现，现实环境中实际测量的数据结果与贝兹理论不符；如附图所示，理想风轮在贝茨定律中假定的流场与现实环境中气流流场的表现截然不同；为了降低风力机的启动风速，为了提高风力机的风能利用率，基于牛顿第二定律完成了本发明；通过具体实验发现，本发明极大的降低了风力机的启动风速，提高了风力机的风能利用率。

技术领域

本发明属于风能利用领域，具体的说是一种利用特殊设计的阻力式风力机叶轮结构生成扩散式尾流流场，利用叶轮前方与叶轮后方的气压压差加速气流流动，进而驱动叶轮旋转后带动设备做功的技术。风力机是指包含风力发电、风力提水、风力研磨、风力驱动水体增氧、风力驱动压缩机等诸多直接或间接利用风能的相关技术。

背景技术

风力发电技术是一种绿色环保可再生的新能源技术。在当今世界上，只要提到风力发电，几乎所有人的脑中都会浮现出由3个细长叶片组成的风力发电机结构。这种由3个细长叶片组成的风力发电机被称之为水平轴升力式风力发电机，他的设计理论基础源自贝兹理论（Betz' Law）。

贝兹理论是由若干条贝兹假设推导而来，但在研究中发现，贝兹假设中的多项假设并不符合现实环境中的客观自然规律，甚至与事实相悖。在贝兹理论中，叶轮范围内被视为一个拥有边界的流管，而现实中的风力机叶轮处于一个开放式的环境。贝兹理论仅注意到叶轮范围内的气流，而忽略了叶轮范围外的气流对风力机的影响。

在贝兹理论中假设，风力发电机的理想叶轮是由无限多的叶片组成的。那么在现实环境中就代表贝兹理论假设的风力发电机叶轮（理想风轮）实际上是一个实心圆盘。在贝兹理论中假定，这个实心圆盘不会对风力（气流）产生阻力，气流会穿过这个实心圆盘，然后把一部分动能留在圆盘上用来驱动圆盘旋转。

但是，现实环境中，如果叶轮是实心圆盘，那么必然会阻挡气流的前进方向，导致风向和风力发生变化。

参考附图01与附图02；

附图01是贝兹理论中假想的风力发电机“理想风轮”气流流场图；

附图02是在现实环境中模拟“理想风轮”结构制成的风力发电机叶轮气流流场图。

通过附图01与附图02的对比可以发现，贝兹理论假设的理想风轮与现实环境中的“理想风轮”在自然环境下会表现出截然不同的结果，因此可以证明贝兹理论不符合现实环境客观自然规律。

贝兹理论最主要的谬误就是忽略了风力发电机叶片对气流产生的阻力，以及阻力对气流所造成的影响。如果风力发电机叶轮结构符合贝兹理论中提出的理想风轮结构，那么气流流场必然如附图02中所示，从叶轮外侧绕行。

在后续实验中发现，错误的假定了气流流场后，会使风力发电机叶轮在后续表现中的计算结果会产生巨大的误差。尤其是在现实环境中复原了贝兹理论假设的理想风轮后，通过实验测得数据与贝兹理论推导的数据存在巨大差异。

贝兹理论是基于贝兹假设推导而来，但是当贝兹假设并不符合客观自然规律时，或者说不符合现实环境时，由不符合客观自然规律的假设推导出来的结论必然无法得出符合客观现实规律的正确结果。

当今世界上常见的小三叶风力发电机（水平轴升力式风力发电机）实际上是现实风力环境与贝兹理论之间的妥协的结果。或者说，是为了让风力发电机符合贝兹理论，将风力发电机叶轮削足适履，改造成一种能够符合贝兹理论的结构。其主要目的为“保证气流在在通过叶轮过程中不被叶轮阻挡”，防止当叶轮高速旋转时，前方叶片的扰流影响到后方叶片。

实践（实验）是检验真理的唯一标准。在知网中，以“贝兹理论 实验”为关键字进行检索，希望找到有关贝兹理论的实验佐证贝兹理论的推导过程。