風(fēng)力機(jī)的歷史發(fā)展過程？詳細(xì)的給分

熱心網(wǎng)友：風(fēng)力機(jī)-正文 　　將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動(dòng)力機(jī)械，又稱風(fēng)車。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動(dòng)機(jī)。許多世紀(jì)以來，它同水力機(jī)械一樣，作為動(dòng)力源替代人力、畜力，對(duì)生產(chǎn)力的發(fā)展發(fā)揮過重要作用。近代機(jī)電動(dòng)力的廣泛應(yīng)用以及20世紀(jì)50年代中東油田的發(fā)現(xiàn),使風(fēng)力機(jī)的發(fā)展緩慢下來。70年代初期,由于“石油危機(jī)”，出現(xiàn)了能源緊張的問題，人們認(rèn)識(shí)到常規(guī)礦物能源供應(yīng)的不穩(wěn)定性和有限性，于是尋求清潔的可再生能源遂成為現(xiàn)代世界的一個(gè)重要課題。風(fēng)能作為可再生的、無污染的自然能源又重新引起了人們重視。 　　簡史 　風(fēng)車最早出現(xiàn)在波斯，起初是立軸翼板式風(fēng)車，后又發(fā)明了水平軸風(fēng)車。風(fēng)車傳入歐洲后，15世紀(jì)在歐洲已得到廣泛應(yīng)用。荷蘭、比利時(shí)等國為排水建造了功率達(dá)66千瓦（90馬力）以上的風(fēng)車。18世紀(jì)末期以來，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)車的結(jié)構(gòu)和性能都有了很大提高，已能采用手控和機(jī)械式自控機(jī)構(gòu)改變?nèi)~片槳距來調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。風(fēng)力機(jī)用于發(fā)電的設(shè)想始于1890年丹麥的一項(xiàng)風(fēng)力發(fā)電計(jì)劃。到1918年，丹麥已擁有風(fēng)力發(fā)電機(jī)120臺(tái)，額定功率為5～25千瓦不等。第一次世界大戰(zhàn)后，制造飛機(jī)螺旋槳的先進(jìn)技術(shù)和近代氣體動(dòng)力學(xué)理論為風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件，于是出現(xiàn)了現(xiàn)代高速風(fēng)力機(jī)(見彩圖)。1931年，蘇聯(lián)采用螺旋槳式葉片建造了一臺(tái)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)速為13.5米/秒時(shí),輸出功率達(dá)100千瓦,風(fēng)能利用系數(shù)提高到0.32。在第二次世界大戰(zhàn)前后，由于能源需求量大，歐洲一些國家和美國相繼建造了一批大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。1941年，美國建造了一臺(tái)雙葉片、風(fēng)輪直徑達(dá)53.3米的風(fēng)力發(fā)電機(jī),當(dāng)風(fēng)速為13.4米/秒時(shí)輸出功率達(dá)1250千瓦。英國在50年代建造了三臺(tái)功率為 100千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。其中一臺(tái)結(jié)構(gòu)頗為獨(dú)特，它由一個(gè)26米高的空心塔和一個(gè)直徑24.4米的翼尖開孔的風(fēng)輪組成。風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)造成的壓力差迫使空氣從塔底部的通氣孔進(jìn)入塔內(nèi)，穿過塔中的空氣渦輪再從翼尖通氣孔溢出。法國在50年代末到60年代中期相繼建造了三臺(tái)功率分別為1000千瓦和800千瓦的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 風(fēng)力機(jī) 風(fēng)力機(jī) 風(fēng)力機(jī) 　　新一代風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)是：①增強(qiáng)抗風(fēng)暴能力；②風(fēng)輪葉片廣泛采用輕質(zhì)材料,如玻璃纖維復(fù)合材料等;③運(yùn)用近代航空氣體動(dòng)力學(xué)成就使風(fēng)能利用系數(shù)提高到0.45左右；④用微處理機(jī)控制，使風(fēng)力機(jī)保持在最佳運(yùn)行狀態(tài);⑤發(fā)展風(fēng)力機(jī)陣列系統(tǒng);⑥風(fēng)輪結(jié)構(gòu)形式多樣化。法國人在20年代發(fā)明的垂直軸風(fēng)輪在淹沒了半個(gè)多世紀(jì)之后，已成為最有希望的風(fēng)力機(jī)型之一。這種結(jié)構(gòu)有φ型、Δ型、Y型和◇型等多種形式。它具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度高、效率高和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但需用輔助裝置起動(dòng)。人們還提出了許多新的設(shè)想，如旋渦集能式風(fēng)力機(jī)，據(jù)估計(jì)，這種系統(tǒng)的單機(jī)功率將100～1000倍于常規(guī)風(fēng)力機(jī)。 　　中國利用風(fēng)車的歷史至少不晚于13世紀(jì)中葉，曾建造了各種形式的簡易風(fēng)車碾米磨面、提水灌溉和制鹽。直到20世紀(jì)50年代仍可見到“走馬燈”式風(fēng)車（圖1）。中國已研制出30余種現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)，主要用作簡易提水工具。60年代研制出功率 3千瓦、葉輪直徑6米的FWG－6型低速風(fēng)力機(jī)。 　　基本原理 　太陽對(duì)大氣層的不均勻照射和地球表面吸熱能力的不同，在大氣層中引起冷熱空氣的強(qiáng)烈對(duì)流而形成風(fēng)。 風(fēng)的動(dòng)能與風(fēng)速的 3次方成正比。用v表示空氣速度，用ρ表示質(zhì)量密度， 則單位時(shí)間內(nèi)流過風(fēng)輪掃掠面積 A的空氣質(zhì)量(m)為ρAv，于是空氣動(dòng)能便是。由于氣體的可壓縮性,氣體質(zhì)點(diǎn)穿過風(fēng)輪掃掠面──能量轉(zhuǎn)換界面時(shí),風(fēng)速由v1降為v2，即v1＞v2。因自然風(fēng)速v1只能有一部分被利用,若以風(fēng)能利用系數(shù)Cρ表示利用程度,則可利用風(fēng)能為，其中Cρ＜1。根據(jù)氣體動(dòng)量理論推導(dǎo)出風(fēng)能利用系數(shù)的最大可能值為或0.593， 因此風(fēng)輪輸出功率與風(fēng)輪的工作面積成正比。Cρ取決于風(fēng)輪和葉片的結(jié)構(gòu)和工藝。舊式風(fēng)車Cρ≈0.10,現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)Cρ＝0.3～0.4，最高可達(dá) 0.5。另外，現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)在能量傳輸過程中大約還要損失 1/3理論上應(yīng)輸出的功，則有效輸出功為：或，式中D為風(fēng)輪直徑。 　　構(gòu)成和分類 　風(fēng)力機(jī)的主要部件是風(fēng)能接收裝置。一般說來，凡在氣流中產(chǎn)生不對(duì)稱力的物理構(gòu)形都能成為風(fēng)能接收裝置，它以旋轉(zhuǎn)、平移或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)而發(fā)出機(jī)械功。各類風(fēng)能接收裝置的取舍取決于使用壽命和成本的綜合效益。風(fēng)力機(jī)大都按風(fēng)能接收裝置的結(jié)構(gòu)形式和空間布置來分類，一般分為水平軸結(jié)構(gòu)（圖2）和垂直軸結(jié)構(gòu)（圖3）兩類。以風(fēng)輪作為風(fēng)能接收裝置的常規(guī)風(fēng)力機(jī)，按風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸相對(duì)于氣流方向的布置分為水平軸風(fēng)輪式（轉(zhuǎn)軸平行于氣流方向）、側(cè)風(fēng)水平軸風(fēng)輪式（轉(zhuǎn)軸平行于地面、垂直于氣流方向）和垂直軸風(fēng)輪式（轉(zhuǎn)軸同時(shí)垂直于地面和氣流方向）。廣義風(fēng)力機(jī)還包括那些利用風(fēng)力產(chǎn)生平移運(yùn)動(dòng)的裝置，如風(fēng)帆船和中國古代的加帆手推車等。無論何種類型的風(fēng)力機(jī)，都是由風(fēng)能接收裝置、控制機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)和支承部件等組成的。近代風(fēng)力機(jī)還包括發(fā)電、蓄能等配套系統(tǒng)。 風(fēng)力機(jī) 風(fēng)力機(jī) 風(fēng)力機(jī) 　　風(fēng)速－功率運(yùn)行曲線 　風(fēng)力機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益在相當(dāng)大程度上取決于安裝地點(diǎn)的風(fēng)力狀態(tài)。通過氣象測量可得到安裝地點(diǎn)的一條風(fēng)速持續(xù)曲線(圖4)。圖4中橫坐標(biāo)為年小時(shí)數(shù),總數(shù)為8760小時(shí)；縱坐標(biāo)為風(fēng)速。曲線上任意點(diǎn)都代表安裝地點(diǎn)一年中出現(xiàn)超過此點(diǎn)風(fēng)速的累計(jì)小時(shí)數(shù)。功率與風(fēng)速的立方成正比，所以可由風(fēng)速持續(xù)曲線得到一條與之類似的功率持續(xù)曲線(圖5)。圖5中g(shù)fe三角區(qū)因風(fēng)速太低,為不可利用區(qū)。g點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速相當(dāng)于3米／秒，此時(shí)有顯著的功率輸出。gf稱為開始工作點(diǎn)。輸出功率隨風(fēng)速增高逐漸增大，在 c點(diǎn)風(fēng)力機(jī)達(dá)到額定輸出功率。當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增高時(shí)，通過調(diào)節(jié)葉片槳距或其他方法可使功率輸出穩(wěn)定在額定值。b點(diǎn)相當(dāng)于風(fēng)速 27米／秒左右。為避免被風(fēng)暴損壞，風(fēng)力機(jī)在此點(diǎn)處應(yīng)關(guān)機(jī)。功率曲線下的陰影面積bcfgh代表實(shí)際年輸出能量。如果風(fēng)力機(jī)全年滿負(fù)荷運(yùn)行，則adeo矩形面積代表全年輸出的能量。bcfgh與adeo之比稱為風(fēng)力的年負(fù)載系數(shù)。將負(fù)載系數(shù)乘以8760就得到風(fēng)力機(jī)一年中滿載運(yùn)行的當(dāng)量小時(shí)數(shù)。 風(fēng)力機(jī) 　　存在問題 　世界上已有數(shù)萬臺(tái)風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行，作為輔助能源正在發(fā)揮作用。但風(fēng)力機(jī)仍存在若干不足之處：①能量輸出不穩(wěn)定,特別是大型風(fēng)力機(jī)的利用率低,作為獨(dú)立能源的條件還不具備；②安全可靠性尚無充分保障；③成本在短期內(nèi)尚不足以與礦物燃料相競爭。但是，隨著人類對(duì)能源需求量的日益增多和科學(xué)技