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探寻生产“绿色”能源风力涡轮机的气流秘密 |
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| http://cn.newmaker.com
12/13/2007 3:58:00 PM
佳工机电网
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 图注：使用激光脉冲和模拟风力涡轮机，约翰斯.霍普金斯大学研究人员收集到了生产“绿色”能源的实物风力涡轮机可能面临的气流重要数据。
据physorg网站2007年12月11日报道，使用烟、激光、飞机推进器模型和一个大学的风洞，一个由约翰斯.霍普金斯大学研究人员领导的研究小组正试图解开风力涡轮机周围的气流之谜。风力发电已经日益成为一种“绿色”能源。国家科学基金会最近批准了向该研究小组提供了一个为期三年总额为321,000美元的资助计划。随着石油价格的上升和对非污染型能源需求的不断增加，促使全球兴起修建高大风力涡轮机的潮流。风力涡轮机将流动的空气转化为电力。最近几年风力发电技术得到了大大提升，这使得风能变得更具吸引力。例如丹麦就能够利用风力涡轮机生产约总电力需求20%的电力。但是仍然存在重大的疑问：大型风力场中巨大的风力涡轮机旋转叶片拍打着空气，这会不会改变当的气候条件？能否对这些涡轮机进行改进以获得更加有效的电力生产？来自约翰斯.霍普金斯大学和伦斯勒理工学院的研究人员希望他们的研究工作能够解答这些疑问。
研究小组领导人查尔斯.迷尼威是约翰斯.霍普金斯怀亭工程学院的一名湍流学专家。他说，“风力涡轮机的叶片直径达100米，这是迄今为止修建的最大旋转机器。我们已经对风力涡轮机叶片空气动力学进行了大量研究，但是却只有少数人对这些风力涡轮机与周围风力湍流状态之间的相互作用方式进行了研究。通过在实验室中研究小型风车模型气流情况，我们能够进行计算机模拟，发现更多实体风力场中大气所发生的情况。”
通过从这些模拟实验中收集数据，迷尼威所带领的研究小组正在一个校园风洞中进行实验。风洞使用一个大型风扇制造一个约为每小时40英里速度的气流。在气流进入测试区之前，空气先穿过一个“活性栅格”，即一个多孔板，可以随意旋转，从而在风洞中制造出非常接近于现实风流动情况下产生的湍流。之后气流再穿过安装在顶端的一系列小型飞机推进器模型，以模拟现实状况下风力涡轮机阵列的气流情况。
研究人员利用一种称之为立体粒子图像测速仪的高技术手段来收集气流和涡轮机模型相互作用的数据。首先，他们将一种类型于烟的空气（可以随气流流动的微小粒子）“种入”空洞中，然后在涡轮机模型上方利用激光制造出两个类型于片状的光脉冲。照相机在每次闪光时拍摄下这些粒子的位置。
迷尼威说，“当对这些图像进行处理后，我们看到每个粒子都有两个点。因为我们知道两次激光脉冲的时间不同，我们能够凭借这点计算出其速度。因此我们能够获得每个点速度向量的即时快照。有了这些速度图，我们就可以计算出有多少动能从一个地方流动另外一个地方，这一计算获得了比以前更为详细的数据。”
约翰斯.霍普金斯大学博士后劳尔.B.卡尔与迷尼威一同参与了此次研究。他说这些地数据可以使我们更好地了解现实风力场状况。他说，“当你把这些风力涡轮机放在一起太近或太远时会发生什么情况呢？你是应当把风力涡轮机进行交错排列还是平行排列呢？所有这些都会产生不同的影响，我们希望能够了解并对上述情况进行量化，而不仅仅只是修建那些巨大的风力涡轮机，让这些风车工作，但却不知道什么事情将会发生。”
迷尼威指出密集的风力涡轮机群可能会影响附近的气温和温度水平，日积月累可能会改变当地的气候。我们需要利用高精确计算模拟来将这些各种各样的影响拆卸开来。迷尼威说，“我们的研究会提供改进这些计算机模拟精确性所必需的空气流动动力数据。为了使风力涡轮机技术能够以最稳定和最有效的模式工作，我们最好知道这些影响。”
迷尼威和卡尔与伦斯勒理工学院机械、航空和核工程学院副教授卢西恩.卡斯提罗及约翰斯.霍普金斯大学机械工程学院副研究员朴康共同合作进行了这项研究。
英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news116611252.html
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