二、动量理论

风轮吸收风能转换为机械能的过程，可以用动量理论来模拟，又称滑流理论。其理论模拟如图1-17所示。

动量理论是在以下假设条件下成立：

①气流为连续的、不可压缩的均匀流体；

②无摩擦力；

③风轮没有轮毂，叶片无限多；

④气流对风轮面的推力均匀一致；

⑤风轮尾流无旋转；

⑥在风轮的前远方和后远方，风轮周围无湍流处的静压力相等。

从图1-17可知：

①风轮前后截面流量相等；

②风通过风轮时，受风轮阻挡被向外挤压，绕过风轮的空气能量未被利用；

③若V₁-V₂=0，通过风轮的空气动能不变，没有能量转换；

④若V₂=0，没有气流通过风轮，没有能量转换。

从风轮中得到的功率P（W）为单位时间内动能的变化：

风的功率为：

功率系数（风能利用系数）：

式中，，为速度减少率（轴向诱导因子）。

经过微分计算，可得最大风能利用系数：

风轮从风中所获得能量的最高效率不超过59.3%，此为贝茨极限。

动量理论描述如下：

①功率系数为C_p=4ɑ（1-ɑ）²。

②推力系数为C_T=T/ρA=4ɑ（1-ɑ）。

③贝茨极限值为0.593。

④A₁/A₂=1-2ɑ。