如何优化风道式风轮的功率输出？

将进入风力扫风面的风能加以“浓缩”，即提高该处的风能密度，并使风速较周围环境风速更为均匀，则该风轮的输出功率必然增加。

图11-1（b）所示为风道式风轮的结构示意图，为安装风筒后受其壁面的影响，风轮叶片翼型流线的变化。处于自由流场中的风轮叶片，风轮之中及其前后，气流速度的径向分量都很小，因而气流作用在风轮上的径向力可忽略；在风道中，气流先渐缩后渐扩，流线在风轮扫风面处形成拐点，因而气流曲线运动形成的离心力对风筒壁面形成压力，其反作用是壁面对气流产生径向作用力，如图11-2所示，这就是进入风筒的气流收到挤压、浓缩，因而单位扫风面上的功率将得以提高。

图11-1　风道式风轮的流线图

图11-2　风道气流速度变化

根据Betz定律，理想风力机的输出功率为

在风道中，因进入风轮的空气质量流量为

式中 ——风轮前后气流的平均速度；(www.xing528.com)

vi——风筒型线产生的诱导速度。

则风道中风力机的功率为

令ζ=，dCP／dζ=0，略去（vi／v1）2等高价小量，可得最佳速比值为

从而获得风筒式风轮的最理想功率值为

那么，风道式风力机与自由流场中风力机的理想功率之比为

气流通过增加，可提高风道式风力机的功率输出。影响功率输出，即影响诱导风速vi提高的因素有风洞翼型形状、风轮直径D、风轮前后速比（v2／v1）、空气密度ρ等。风筒翼型缩放程度提高，达到同样缩放程度而翼型长度减小，均可提高风筒壁面对气流的作用力Ar；D减小、速比（v2／v1）减小以及空气密度ρ增加也可提高诱导速度vi，增加风道式风轮的功率输出。

需要说明的是：上述关于风道式风力机输出功率的分析，建立在不考虑空气黏性无摩擦流动前提下。