风力发电机为什么都选三叶片?其实,科学家的脑洞超乎你的想象!


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风力发电机为什么都选三叶片?其实,科学家的脑洞超乎你的想象!


大家有没有注意到一个现象 , 不管是风力发电机的叶片 , 还是家里用的风扇叶片都是三叶片 , 为什么呢?
理智告诉我们 , 肯定不是因为美观 , 如今风力发电机使用范围非常广 , 那必须要求其具有普适性 , 普适性包括很多方面 , 比如成本适中、安全性能得保证 , 效率还得高……
为此 , 科学家们大开脑洞研究过各种各样的风电设施 , 不仅有像飞鸟一样的“两叶片” , 甚至还有光秃秃的“无叶片”?这些风电设备又是如何采风的?为何又最后都统一为三叶片了呢?

风力发电机都是三叶片 , 有什么讲究吗?风力发电机的运作原理就是把风能转化为机械能 , 再把机械能转化为电能供我们使用 。
它在运转时 , 风从叶片经过带动其旋转 , 然后与之相连的转子转动 , 转子再带动发电机运作 , 从而产出电能 , 所以影响电能产出多少的关键因素就在于风力和风速 , 而把风能利用到最大化就是风叶的设计问题了 。

在漫长的发展过程中 , 人类肯定造过扇叶更多的风力发电设备 , 四叶、五叶以及更多都是有可能的 。
但其实扇叶越多 , 挡住的风就越多 , 带动转子转动的风就越少 , 风力与风速成反比 , 而风力发电机的输出功率是风力和风速的乘积 , 因此就有一个最佳的叶片数让发电机输出功率最大 。
然而 , 你以为这个答案就是三叶吗?其实不然 , 这个答案一般是四叶 , 所以素来以风车著称的荷兰 , 他们用来磨面粉的风车普遍以四叶为主 。
那奇怪了 , 我们也是要追求风能利用最大化 , 为什么不直接跟着风车技术比较高的荷兰用四叶 , 要自成一派选三叶片呢?

难道荷兰其实没能最大程度利用风能 , 他们一直以来都被四叶片“蒙蔽”了?其实也不是 , 事实上 , 经过很多专家精密计算后得出结论 , 四个叶片状态下风能的转化率确实是最高的 。
这样的话又有一个新问题产生了 , 我们刚刚还说要追求效率尽量高 , 我们已经知道是四叶片的转化率最高了 , 那为什么放着四叶片不用要用三叶片呢?

我们来举个小例子大家就很容易明白了 , 高中化学有一个必考的题型 , 给我们一个温度-转化率曲线图 , 图大概是这个样子:横坐标温度 , 纵坐标转化率 , 图中明确给了若干个温度 , 温度4和温度3相邻 , 温度4下转化率最高 , 温度3下的转化率比温度4略低一点点 , 但是温度4却比温度3高了几十度 , 问应该选择哪个温度更好 。

大多数人看到这里 , 或许会习惯性选择峰值最高的4 , 但正确答案却是3 。
原因其实很简单 , 4虽然转化率达到了最高 , 但也只比3高了一点点 , 而转化率差不多的时候 , 3温度远低于4 , 如果选4的话只是徒增了成本 , 在化学反应里面提高10度都要增加不少成本 , 当然3才是最优的了 。
在这个例子里面 , 3其实就是风力发电机选用的三叶片 , 4就是与之对比效率更高四叶片 。
“不就一个叶片”?其实 , 算来算去 , 还真是这个叶片的问题 。
这叶片可不便宜呢 , 例如一个30KW的风力发电机 , 其叶片仅长6.3米 , 售价却能高达2万元 , 花费多出那么多只为提高那么一丁点效率 , 真的不划算 , 毕竟在基建问题中 , 经济账也是咱们必须重视的 。

要成本再低的话直接选择双叶片设计不就行了 , 双叶片与三叶片相比 , 究竟输在哪里呢?虽然可以降低成本 , 但如果想要达到三叶片的效果 , 那么两叶片的风机就需要增加叶片面积的50% , 而增加的面积费用和多一个叶片费用其实差不多 , 这样做可以说毫无意义 。

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