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風力發電機

關於這個模擬實驗

此模擬展示一台三葉片風機擷取流動空氣的能量。滑桿控制風速、葉片槳距和葉尖速比，讀數會顯示通過轉子的風功率、功率係數 Cp、電功率和轉子轉速。學生會看到功率隨風速急劇上升、風機只能擷取部分風能，以及葉片設定十分重要。此模擬適合再生能源課，學生可兩人一組，找出能得到最佳輸出的設定。

學生可以探索什麼

  • 把風速由 6 m/s 提高至 12 m/s，比較「通過轉子的風功率」讀數。
  • 改變「葉片槳距」，觀察「功率係數 Cp」和「電功率」如何反應。
  • 上下移動「葉尖速比」，找出 Cp 最高的位置。
  • 把「風速」推至最大，看「電功率」會發生什麼變化。
  • 把風速調至非常小的數值，並留意轉子產生的功率有多小。

學習目標

  1. 1解釋風功率取決於風速的立方。
  2. 2描述為何風機無法擷取風中的全部能量。
  3. 3探究葉片槳距和葉尖速比如何改變輸出。
  4. 4比較通過轉子的風功率與所產生的電功率。

教師常問的問題

可以免費使用嗎？

可以，免費使用。它可在任何現代瀏覽器上運行，包括課室白板和平板電腦，無需登記。

為何風速加倍，功率會增至八倍？

流動空氣的功率取決於其速度的立方。速度加倍，每秒通過的空氣量便增加一倍，而每千克空氣所帶的能量增為四倍，因此功率增至八倍。

什麼是貝茲極限？

貝茲極限指出，風機最多只能擷取風中動能約 59%。實際轉子約可達 40 至 48%，這就是功率係數 Cp 永遠不會達到 1 的原因。

怎樣使用風力發電機模擬？

拖動「風速」、「葉片槳距」和「葉尖速比」滑桿，並讀取四個輸出方框。每次只改變一個滑桿，看哪一個影響最大。

嵌入這個模擬實驗

免費嵌入你的學習平台、網誌或班級網頁。

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