日前，《天然·通訊》雜志（Nature Communications）發表了麻省現在是五點五十，還有五分鐘下班時間。理工年夜學（MIT）工程團隊的一篇有關風機葉輪的空氣動力學模子的論文《風機葉輪空氣包養網動力學跨運行狀態統一動量模子》（Unified momentum model for r包養價格pttotoraerodynamics across operating regimes），該研討公開了一種新型的風電機組模子，被認為可在復雜的條件下進步風機的輸出功率。
（來源：微信公眾號“風能專委會CWEA” 報告原文請至“風能專委會CWEA”微信公眾號檢查）
MIT官方新聞表現，該新模子依然基于基礎物理學道理，新理論旨在改進和優化今朝應用的風電機組葉片包養甜心網的設計和運行，以及風電場的設計和風電機組的把持方法。
國內部門風電媒體報道稱該理論模子顛覆了“貝茨極限”（Betz limit），也即風機最多只能應用59.3%的風能的基礎理論。
該理論模子能否真的具有顛覆性？對風電產業未來又有多年夜影響？且讓我們了解一下狀況MIT團隊官方新聞怎么說。文后，CWEA公眾號供給了該論文全文和相關論文下載供風能工程師參考。
（貝茨極限（Betz’s limit）是指在風能轉換過程中，風力發電機最高可以表格內容繁多，包括她的個人信息、聯絡方式、貓的達到的理論轉換效力。根據這個理論，風力發電機的最年夜轉換效力為59.3%，也包養網就是說，無論風力多強，風力發電機最多只能將風能的約59.3%轉換為電能。）
一個多世紀以來，螺旋槳和風力發電機的設計一向采用成包養情婦熟的空氣動力學道理。但是，工程師發現這些道包養網理存在著必定的局限性，尤其是在極端條件下。為了彌補這一缺乏，工程師根據經驗觀察添加了臨時的 “修改系數”。
近期，麻省理工學院的工程師們開發了一種全新的綜公道論，稱為統一動量模子（Unified Momentum Model）。該模子基于理論剖析，并通過計算流體動力學（CFD）建模的方式進行驗證，以確包養網站保其準確性和靠得住性。
該理論可以精確描繪風電機組葉輪的空氣動力學特徵，即便在高壓力、高速率或包養甜心網葉片在某個特定傾角等情況下也是這般。
領導該項研討的 Michael Howland 表現，他們團隊開發的工程模子，是一種疾速運行東西，旨在為加速風電樣機的設計、把持包養軟體和優化任務。MIT團隊建模的目標是為風能研討領域找到標的目的，以便更積極地開發應對氣候變化所需的風電機組的機能并進步靠得住性。
新模子有助于優化內容標籤：天作之合、業界精英、小甜文、先婚後愛風電場的布局和運行，從而進步發電量并下降本錢。
這一新模子最令人興奮的一點是它具有當即應用的潛力。這意味著風電場將能夠實時優化現有的風電機組設置，而無需任何硬件的更換新的資料。這有助于在確保平安的同時最年夜限制地進步功率輸出。
Howland補充說，這一點恰是令人興奮甜心花園的處所，因為新方式有能夠對整個風電價值鏈產生當即和直接的影響。
新模子戰勝了以前的局限性
以前的模包養網子被稱為動量理論（momentum theory），該理論是在 19 世紀提出的，包養一向被廣泛應用。但是，當觸及到更年夜的風力和更高的速率時，該理論就有結局限性。
新模子通過結合周全的計算空氣動力學建模，為動量進行建模，從而解決了這些制約原因。
MIT在其對外新聞稿中強調了舊模子的一些局限性。
轉子（螺旋槳、葉輪等）若何與其流體環境（如空氣、水或其他物質）彼此感化的最後模子是在 19女大生包養俱樂部 世紀早期提出的，這一模子被稱為動量理論（momentum theory）。應用這一理論，工程師可以從給定的轉子（或葉輪）設計和設置裝備擺設進手，確定該轉子可以產生的最年夜功率，反之，假如是螺旋槳，則計算需求幾多功率才幹產生給定的推進力。
Howland甜心花園表現：”動量理論方程是在風能教科包養網書上起首會接觸到的內容，也是在課堂上講授風能時起首會談到的內容。根據這一理論，物理學家阿爾伯特·貝茨（Albert Betz 包養）在 1920 年計算出了理論上能從風中提取的最年夜能量。這個能量被稱為貝茨極包養網站限（Betz limit,），即最年夜不超過風能的 59.3%。
Howland 表現，就在該理包養價格論提出幾年后，其別人發現貝茨極限有問題，即在葉片旋轉速率更快或葉片角度分歧的情況下，當推力更年夜時，動量理論就會“以一種很是戲劇性的方法”崩潰。
該理論不僅無法預測較高轉速或分歧葉片角度時推力的變化量，甚至也無法預測推力的變化標的目的。理論認為，在超過必定轉速或葉片角度時，推力應該開始降落，而實驗卻顯示相反的情況——推力會繼續增添。
Howland 認為這不僅是量上的錯誤，更是質上的錯誤。
此外，當轉子（或葉輪）與氣流之間存在任何錯位時，該理論也會掉效。Howland 表現這種掉效的情況在風電場中“無處不在”，因為風電機組需求不斷根據風向變化進行標的目的的調整。包養網站
事實上，Howland 和他的團隊在2022 年發表于《天然·動力》雜志的一篇較早的論文《基于預測模子的集中式風電場運行方式可進步公用事業級風電場發電量》（Collective wind farm operation based on a predictive model increases utility-scale energy production）中就已發現，在風電場內，居心使一些風電機組相對于進進的氣流標的目的稍微進行錯位，可以減少對下流風電機組的尾流干擾，從而顯著進步風力發電場的整體功率輸出。
過往，工程師們在設計風機葉片的外形、風電場中風機的布局或風電機組的日常運行計劃時，都是根據一些風洞試驗和風電場運營經驗，在原有數學公式的基礎上進行臨時調整，但并沒女大生包養俱樂部有明確的理論依據。
與此分歧的是，為了得出新的模子，MIT研討小組應用詳細的空氣動力學計算模子剖析了氣流與風電機組之間的彼此感化。他們發現包養條件，最後的模子假定葉輪后面的氣壓降落會鄙人游不遠處敏捷恢復到正常的環境壓力。但事實證明，隨著推力的不斷增添，“這種假設越來越禁絕確”。
Howland 表現，這種禁絕確性發生在很是接近貝茨極限點的處所，普通而言，貝茨極限點理論上可以預測風電機組的最年夜機能，該點也是風機運行時的幻想狀態。
但MIT團隊發現，貝茨關于風電機組運行狀態的預測，實際上在團隊認為的可以使風機功率最年夜化的運行設定點的 10% 范圍內，理論就完整掉效了。
而通過建模，M包養網推薦IT研討團隊還找到了一種包養網方式來彌補原始公式對一維建模的依賴，此前的一維建模條件下是假設葉輪/轉子始終與氣流標的目的精確對齊的。為此，他們還在研討過程中應用了為預測航空航天應用中三維機翼的升力而開發的基礎方程。
研討人員在理論剖析的基礎上得出了他們稱之為統一動量模子（unified momentum model）的新模子，然后應用計算流體動力學建模（CFD modeling）方式對其進行了驗證。在尚未發表的后續任務中，該團隊還正在應用風洞和現場測試進行進一個步驟的驗證。
基礎懂得
新的公式的一個很風趣的結果是，它改變了貝茨極限的計算方式，公式顯示，可以提取比原有公式預測更多的功率。
雖然這并不是一個嚴重的變化——變化只要百分之幾的量——但風趣的是，MIT包養的最新理論表白,擁有百年經驗法則的貝茨極限理論值因為新的理論的出現實際“被修正了”包養網。
Howland 特別強調，這一理論可以當即派上用場。新的模子展現了若何從與氣流錯位的風包養價格ptt電機組中獲得最年夜功率，而貝茨極限理論無法解釋這一點。
特別是，只需把持單個風電機組和風機陣列有關的方位，而無需對風電場現有硬件進行任何修正即可實現。
事實上，根據Howland及其團隊兩年前的研討，這種晉陞發電量的方式早已經實現了，也即只需求研討風包養網單次電場中風電機組之間包養的尾流彼此感化，且是以現有的經驗公式為基礎的進步發電量的方式。
Howland表現，最新論文中的衝破是該團隊之前優化公用事業規模風電場任務的天然延長。此前的剖析過程中，團隊看到了現無方法在剖析風電機組的感化力和預測發電量方面存在的缺乏。這是因為，應用經驗主義進行的現有建模方式無法完成任務。
在風電場中，由于尾流效應，單個風電機組會耗費鄰近風電機組的部門能量。精確的尾流建模計劃不僅對設計風電場的風機布局述進行。很是主要，並且對風電場的運行也很是主要，該計劃可以決定若何設定陣列中每個風電機組的角度和速率。
Howland說，直到現在，即便是風電場運營商、制造商和機組葉片的設計者，假如不應用經驗修改，他們也無法預測風包養網心得電機組的功率輸出究竟會多年夜水平上遭到特定變化（如與風的角度）的影響。“這是因為沒有相關的理論，這這也是我們團隊所做的任務。”
Howland表現，團隊的新理論可以直接告訴客戶，在沒有任何經驗修改的情況下，該若何實際操縱風電機組，從而最年夜限制地進步包養俱樂部風機的功率。
由于流體的流態類似，是以該模子同樣適用于飛機或船舶的螺旋槳，以及潮汐或河道渦輪機等以水流做動力的渦輪機。雖然本次研討中并沒有關注到這些領域，但在理論建模過程包養故事中有觸及。
包養網新理論以一組數學公式的情勢存在，用戶可以將其納進到本身的軟件中，也可以從 GitHub 上免費下載開源的軟件包。
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