Teori Turbin Angin dan Pekali Betz

Untuk menentukan kuasa yang diambil daripada angin oleh turbin angin, kita perlu mengandaikan saluran udara seperti yang ditunjukkan dalam gambarajah. Ia juga diandaikan bahawa halaju angin pada masukan saluran adalah V1 dan halaju udara pada keluaran saluran adalah V2. Katakan, jisim m udara melalui saluran imajiner ini setiap saat.
Kini, disebabkan jisim ini, tenaga kinetik angin pada masukan saluran adalah,

Secara serupa, disebabkan jisim ini, tenaga kinetik angin pada keluaran saluran adalah,


Oleh itu, tenaga kinetik angin berubah, semasa aliran jumlah udara ini dari masukan ke keluaran saluran imajiner adalah,

Seperti yang telah kita katakan, jisim m udara melalui saluran imajiner ini dalam satu saat. Oleh itu, kuasa yang diambil daripada angin adalah sama dengan perubahan tenaga kinetik semasa aliran jisim m udara dari masukan ke keluaran saluran.

Kita mentakrifkan kuasa sebagai perubahan tenaga setiap saat. Oleh itu, kuasa yang diambil ini boleh ditulis sebagai,

Sebagai jisim m udara melalui setiap saat, kita merujuk kuantiti m sebagai kadar alir jisim angin. Jika kita fikirkan dengan teliti, kita boleh mudah memahami bahawa kadar alir jisim akan sama pada masukan, pada keluaran, dan juga pada setiap keratan rentas saluran udara. Kerana, apa-apa kuantiti udara yang masuk ke dalam saluran, yang sama keluar dari keluaran.
Jika Va, A dan ρ adalah halaju udara, keratan rentas saluran, dan ketumpatan udara pada bilah turbin masing-masing, maka kadar alir jisim angin boleh diwakili sebagai

Kini, menggantikan m dengan ρVaA dalam persamaan (1), kita dapat,

Kini, kerana turbin diandaikan ditempatkan di tengah saluran, halaju angin pada bilah turbin boleh dianggap sebagai purata halaju masukan dan keluaran.

Untuk mendapatkan kuasa maksimum daripada angin, kita perlu membezakan persamaan (3) terhadap V2 dan menyamakannya kepada sifar. Itu bermaksud,

Pekali Betz

Dari persamaan di atas, didapati bahawa kuasa maksimum teori yang diambil daripada angin adalah sebahagian 0.5925 daripada kuasa kinetik totalnya. Pecahan ini dikenali sebagai Pekali Betz. Kuasa yang dikira ini adalah mengikut teori turbin angin tetapi kuasa mekanikal sebenar yang diterima oleh generator adalah lebih rendah daripada itu dan ini disebabkan oleh kehilangan untuk geseran roda pemegang dan ketidakcekapan reka bentuk aerodinamik turbin.

Dari persamaan (4) jelas bahawa kuasa yang diambil adalah

1. Berbanding lurus dengan ketumpatan udara ρ. Semakin tinggi ketumpatan udara, kuasa turbin bertambah.

2. Berbanding lurus dengan luas kawasan yang disapu oleh bilah turbin. Jika panjang bilah meningkat, jejari kawasan yang disapu meningkat secara berkoresponden, oleh itu kuasa turbin bertambah.

3. Kuasa turbin juga berubah dengan halaju3 angin. Ini menunjukkan jika halaju angin berganda dua, kuasa turbin akan meningkat hingga lapan kali ganda.

Pernyataan: Hormati asal, artikel yang baik berharga dibagi, jika terdapat pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk menghapus.