如何为小型教育用风力发电机正确设定叶片尺寸？

我想设计一种小型风轮机，该风轮机可以在相对较低的风速条件下（5-15 km / h）轻松地从教室带到运动场，从而可以为小型超亮5V LED供电-足以说明有用。

在这些风力条件下，如何计算从不同叶片直径获得的功率，以及驱动小型直流电动机/发电机足以点亮LED的功率？

— 哈博特
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功率~~ == Z x 600 x A x Cd x（V / 10）^ 3。瓦数| Cd =阻力系数-设置为1开始。0 <Z <0.6（贝兹极限）是效率。良好的DIY = 0.2。降低〜= 0.1太容易了:-)。V以m / s为单位A =扫掠面积以m ^ 2为单位。| 在启动时，以2 m / s的速度通常会遇到“粘滞”问题。也来自许多交流发电机的齿轮。制作带有光刀片的大磁盘很容易，它会在低风速下旋转。

— 罗素·麦克马洪

Answers:

碰巧的是，我最近刚在另一个网站上自己进行了计算。

通过快速的网络搜索得出以下事实，得出这些数字并不困难。

（大型）风车的最大效率约为40％。
空气密度为1.225 kg / m ³
您需要大约50 mW（5V时为10 mA）来点亮LED

首先，我们需要大约50 mW / 0.40 = 125 mW的风能流经风车以产生所需的电力（忽略其他因素，例如小型风车的实际效率和发电机的效率）。

流经风车的空气的功率为0.5mv ²，其中m是流经“圆盘”的空气的质量比率，该质量比率由叶片的直径定义。例如，假设我们有一个0.03m ²的圆盘（直径约20cm）。空气的质量率是圆盘的面积乘以空气速度，再乘以空气的密度：

Mass rate = 0.03 m^{2} \cdot v \cdot 1.225 {kg/m}^{3} = v \cdot 0.03675 kg/m

$\text{Mass rate} = 0.03 \text {m}^2 \cdot v \cdot 1.225 \text{ kg/m}^3 = v \cdot 0.03675 \text{ kg/m}$

因此，这种空气的力量是：

P = 0.5 \cdot Mass rate \cdot v^{2}

$P = 0.5 \cdot \text{Mass rate} \cdot v^2$

用代替和求解： $v$

v = \sqrt[3]{\frac{0.125 W}{0.5 \cdot 0.03675 kg/m}} = 1.9 m/s

$v = \sqrt[3]{\frac{0.125 \text{ W}}{0.5 \cdot 0.03675 \text{ kg/m}}} = 1.9 \text{ m/s}$

...或大约7 km / h。

考虑到我们之前忽略的效率，再加上可能使发电机RPM达到可用水平所需的齿轮系损耗，我可能会拍摄约4倍的面积或约2倍的直径（40 -50厘米），以获得合理的结果。

— 戴夫·特威德
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很好的答案，我对此很感兴趣。这是否需要3或4个刀片？张贴者打算将其用于足球场的涡轮机应使用哪种材料？

— KTM

@KTM：它没有任何假设。这些细节隐藏在我在线找到的风力发电机效率数字中。

— Dave Tweed

糟糕，看来我错过了OP中的最后一句话（并且可以看到您为什么划定了范围）。

— KTM

太完美了，我担心如果我建立了一个实验并且它不起作用，那么我将不知道它是否太小或其他错误。现在，我有足够的信息可以开始使用。

— jhabbott

尝试从轻木中切一些，看看能得到什么。在这么小的规模上，实验可能是最好的方法，而如果没有对材料的广泛了解，数学就不会使您走得太远（即，材料越便宜，刀片看起来像大叶片的可能性就越小）。

我在大学期间使用KidWind的材料从事暑期活动，建立自己的并进行试验实际上是很有趣的。我们一直在设置风洞和涡轮机支架/转子，然后由孩子们设计并安装叶片。吨的乐趣，您会惊讶于真正值得使用的各种形状。该活动甚至花费了不到一个小时的时间来完成。

http://challenge.kidwind.org/events/building-a-turbine

http://learn.kidwind.org/learn/science_fair_projects

一张带有隧道照片的页面（我们以此为模型）：http : //challenge.kidwind.org/?/national/ tunnel

— 韩国电信
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