风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受的风能的面积.设空气密度为ρ,气流速度为v,风轮机叶片长为r,求单位时间内流向风轮机的最大风能p；在风速和叶片数一定的条件下如何提高

Question

风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受的风能的面积.设空气密度为ρ,气流速度为v,风轮机叶片长为r,求单位时间内流向风轮机的最大风能p；在风速和叶片数一定的条件下如何提高功率.

Answer 1

1.P=1/2*[ρ*（π*r^2)v]*v^2
2.以下供参考：
风叶片的片数
这是我们首先研究的问题.在参加过新能源风力发电比赛之后,我们得知两片风叶片的发电效率比片数多的风叶要高,这就是我们产生了疑惑.于是我们进行了试验.
我们控制了风叶的材料,角度,和形状相同,分别测试了叶片数为2片、3片、4片及6片的风叶,观察其最高发电效率和启动时间后得出一下结论（忽略误差的理想情况）：在风叶片的材料,角度,和形状相同且风速恒定时,叶片数越少,发电效率越高,启动越慢.反之反之.
叶片的片数越少,阻力就越小,但是需要启动的时间和风力就大.如果是运用到实际中去,由于风速的大小不稳定,在风速小的时候,2片叶片的优就不大,所以现在风力发电广泛地运用3片叶片发电.还有一个原因是三叶片式之间的夹角是120度.风带动三叶片发电机行走,开始和某一个叶片平行,带动其向前转动,其带动的作用逐渐明显,在与此叶片成60°角后,叶片的运动方向与风运动方向逐步趋于一致,风力作用效果逐步减弱.而此时风力与下一个叶片之间夹角程0度角（即风力与下一叶片处于同一平行线上）,风力又将继续对下一叶片起作用.所以利弊权衡一下,还是3片风叶片的发电效率最好.
风叶叶片的角度
我们控制了风叶的片数,材料和形状不变,分别取叶片30°、45°、60°、90°的角度进行了研究.因为角度有很多种,我们不能一一去研究,所以就选择了几个特殊角进行了实验.
实验结果表明（理想化）：在风叶片的材料,片数、形状及所受风力大小相同时,风叶的角度越小,发电效率越高,启动速度越慢.反之反之.
风叶片的角度大,风叶两边所受的风力差就大,所以受到的启动力就大.但是在风叶旋转的过中,这个被折起的角度又会形成一个阻力.然而风叶片的角度小,启动的力小,最高发电效率就高.
还是这个问题,在新能源的比赛中,我们可以尽量把角度折的小一些来获得更高的效率,那是因为风速稳定且比较大.真正要把风能高效率转化为我们所能利用的能,我们需要时时刻刻改变风叶的角度来获得最好的效果.
在风力发电机的尾部有一个舵,可以根据风向自动调整角度,不管是什么风向的,都可以转到适宜的角度,使风电机的受风力处于最大位置.比较大的风力发电机还都安装了测风的风速传感器和风向传感器,能根据风向和风力大小自动调整角度.我们可以根据这种思想,发明一种可以根据风力大小自动调节风叶角度的装置,从而达到最佳的发电效率.
风叶也片的材料
接着我们又考虑到了一个问题——风叶片的材料.在控制了风叶片的片数、角度、形状及所受风力相同,分别制作了塑料、纸片,硬纸片和铝片的风叶进行研究.这其中的误差比较大,因为塑料风叶是现成就有的,我们就根据这个风叶作为模子制作其他风叶.但我们的手工毕竟比不上机器,而且铝片是从啤酒罐上取下来的,并不十分平整,这些都是影响实验结果的因素.所以一下的出的结论都是突出主要因素,忽略次要因素的.
结论是：在风叶片的片数、角度、形状及所受风力相同时,材料硬越大,发电效率越高,角度对其的影响不大.
所以在选择风叶片材料的时候,应该选择硬度大且质量小的材料.
大型风电机上的大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造.采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择,但这种叶片对大型风电机是不经济的.木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现,尽管目前在这一领域已经有了发展.钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题,他们目前只用在小型风电机上.还有一部分是用玻璃钢制造的,都是农村小厂子生产的,但是虽然是农民生产的,但是据说磨具全是进口的,而且非常精密,制作很简单,成本低廉.