1、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
2、 ， 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
3、 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
4、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：=1/2 AC p m e式中 输出功率；空气密度（取大气状态） ；设计的风速；A风轮扫掠的面积；Cp风能利用系数；
5、m传动效率； e电效率.由风力机功率表达式可知，风速，气体密度越大，风力机的功率约大，并且增大的效果十分明显。而通过借助“狭管效应” ，我们正可以得到速度非常大的气流，这就给上面的猜想提供了理论上的依据。三 具体方案由于峡谷等地空间有限，因此大型风力机在峡谷处并不可行，我们可以改用中小型风力机。而联想到实际，峡谷中的风一般是混乱的湍流，杂乱无章，方向变化极为频繁。从一些统计资料来看，有很多风力机是被剧烈的狂风毁坏的，即使加固风力机的塔架或者增强风力机结构材料的刚性，依然有比较大的被毁坏的风险。实际应用中的对策有：1.风力机选在风力较大但风向和风速变化较小的地方；2.将风力机建在空气湍流较少的地
6、方；3.提高叶片制作精度，使叶片的质量均匀一致。似乎峡谷处风力发电并不符合以上的对策，但是假如可以通过一些附加装置，使得杂乱无章的峡谷风变得有序，峡谷风发电依然大有可为。结合本学期学习的流体力学知识，我们可以人为地通过修整或者沿峡谷两侧排列挡板，先形成一个平整的渐缩型入风口。平整的挡板可以使进入入风口的风避免与两侧山体碰撞，既减少能量损失，又加强了来风的有序性。然后在入风口后部围上类似于层流罩的整流网。设计成渐缩型是根据工程热力学中 f2)1(cdMaAd而得，当入口处风足够大时，减小截面积可以增大流速。通过这两项措施，可以让杂乱无章的峡谷风变成风向稳定持续的近似层流风，从而让风力机不受损坏，长期稳定地发电。简单示意图如下：风力机可以选择螺旋桨式水平轴风力机。注 ： 本 论 文 有 很 多 假 设 之 处 并 不 科 学 ， 有 些 想 法 也不 合 实 际 情 况 ， 有 些 问 题 现 阶 段 的 技 术 还 不 能 解 决 ，但 是 也 为 如 何 有 效 利 用 风 能 提 出 一 些 小 小 的 创 意 ， 或许 在 条 件 成 熟 知 识 ， 这 一 技 术 可 以 造 福 于 人 类 。参 考 文 献 ： 可 再 生 能 源 概 论 ； 新 能 源 及 可 再 生 能 源 利 用 。
