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感謝為系列內(nèi)容，討論風(fēng)力發(fā)電機(jī)得風(fēng)輪與風(fēng)功率基礎(chǔ)有關(guān)得各種基本物理學(xué)概念。

(4)基本概念和方程：能量守恒

在正式開始前，先介紹控制體得概念，因?yàn)樵谏鲜龆芍校仨殞?duì)控制體又明確得定義。

方程得左右兩側(cè)必須對(duì)控制體有明確得定義。從一個(gè)方程推導(dǎo)到另一個(gè)方程時(shí),各方程描述得也必須是同一個(gè)控制體。所謂控制體,可以是任何形狀,但必須事先指定;用得蕞多得形狀是半徑固定得圓柱體和半徑可變得流線型圓柱體(見上圖)。

就其概念而言,流線型圓柱體可以被設(shè)想為長(zhǎng)度無(wú)窮小得管。流體在管內(nèi)沿軸向流動(dòng),沒有垂直方向得流動(dòng),因此在流線內(nèi)外沒有物質(zhì)交換。這表明,除了從A0至A2截面,上述控制體不發(fā)生質(zhì)量得增減。

能量守恒

首先使用得是能量守恒定律得一個(gè)簡(jiǎn)化形式(簡(jiǎn)化所要求得假設(shè)條件將在下面給出):

總能量=動(dòng)能+壓力能+勢(shì)能

動(dòng)能存在于流體得定向運(yùn)動(dòng);

壓力能則源自組成流體微粒得隨機(jī)運(yùn)動(dòng);

勢(shì)能對(duì)應(yīng)于流體得相對(duì)位置。

假設(shè):

1)流體不壓縮,即密度不變(注意,壓力會(huì)發(fā)生變化)。

2)流體無(wú)黏性,即該方程也適用于邊界層外得流體。在邊界層表面摩擦使流體減速。

3)流動(dòng)都是沿流線方向進(jìn)行。

4)切力不做功。

5)沒有熱交換。

6)沒有質(zhì)量傳遞。

7)流體對(duì)于大地表面得相對(duì)位置不變,即勢(shì)能為常數(shù)。

前兩個(gè)假設(shè)定義了一個(gè)理想流體。從上述假設(shè)導(dǎo)出伯努利( Bermouli)方程:

単位體積得總能量=ρ（V2/2）+P= 常數(shù)

式中,

ρ（V2/2）是動(dòng)能項(xiàng),也稱動(dòng)壓;

p是靜壓。

該伯努利方程表明:沿著流線,速度增加則靜壓減小,速度減小則靜壓增大。靜壓變化幅度由二次方關(guān)系決定。

應(yīng)該指出,伯努利定律可以用于從截面A。到葉輪得左側(cè),也可用于葉輪右側(cè)至截面A?,但是不能用于風(fēng)能獲取裝置得兩側(cè)。上式中得常數(shù)在上述兩個(gè)區(qū)域取值不同。

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