当风能遇到“狭管效应” 风能利用

发布时间：2024-03-22 12:32:34


当风能遇到“狭管效应”
——如何有效利用地形开发或人为创造有利地形开发风能
一． 设计背景
风能空气运动产生的动能，它是太阳能的一种转化形式，是一种清洁的可再生能源。而全球风能资源丰富，据估计，地球上近地层的风能总量约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，大有开发空间。但是风能要受到地形，气候等因素影响，开发具有一些地域等的局限性，还有一个更大的缺陷就是风能能流密度低。因此，如何改善风能的利用效率是一个重要的课题。

中国明代思想家提出了“经世致用”的观点，作为一个大学生，应该从生活中发现问题，用所学的知识试着去解释。偶然的发现，让我对风能的利用有了一点点大胆的猜想。
很多同学都会发现，每当经过三江楼，总会有一阵很强烈的风迎面而来。即使别的地方无风时，那里也会刮起大风。这引起了我的兴趣，我发现这和三江楼独特的位置有关，

它与后面的图书馆以及行政楼形成了峡谷状，很小的风在这里受到挤压加速，才导致了大风，即所谓的“狭管效应”。 目前大多数的风力机分布在海上，山顶等地，而实际中峡谷型地形处风力资源丰富，但并没有得到有效地利用。结合所学，我觉得“狭管效应”或许可以应用于风能开发。
二． 理论知识
狭管效应：当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大。当流出峡谷时，空气流速又会减缓。这种峡谷地形对气流的影响，称为“狭管效应”或“峡谷效应”。液体在管中流动，经过狭窄处时流速加快。气流在地面流经狭窄地形时类似液体在管中的流动，流速也会增加，并因气体具有可压缩性，密度也会增大。
从流体力学角度讲，风在峡谷中受到挤压，风速变大，并且流动变得混乱，由开阔空间的层流状态转变为湍流状态，从而可以达到破坏性的速度。
任何种类风力机产生的功率可用下式表示：
Ρ=1/2ρυ³ACpηmηe 式中 Ρ—输出功率；
ρ—空气密度（取大气状态）；
υ—设计的风速；

当风能遇到“狭管效应” 风能利用

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