一種風能教學演示模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風能教學的演示模型和用具。由直徑小于一米的風扇和由一個相似大小的風道同心相聯(lián)組成，風扇和風道安裝于一基座上，在風道內(nèi)設有一個風力發(fā)電機組成的裝置，搭載有負載，所述風力發(fā)電機是垂直軸風力發(fā)電機或水平軸風力發(fā)電機。本模型課形象的通過實驗模擬自然條件下風能是如何轉化成電能，如何體驗風速和風能的關系，通過實驗加以說明和驗證數(shù)學計算公式，且表明發(fā)電效果受何種因素影響等，從生動的實驗出發(fā)去深刻的理解和掌握風能轉化和應用的規(guī)律。
【專利說明】一種風能教學演示模型
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種風能教學的演示模型和用具。
【背景技術】
[0002]再生能源越來越受到社會重視，在教育系統(tǒng)開始逐步對學生進行再生能源教育。
[0003]對于再生能源的重要一種，初級的風能教學，普遍的是采用如提出“什么是風能？古代人對風能的利用以及現(xiàn)在人對風能的利用，我們?nèi)粘Ｉ钪心男┑胤接玫斤L能？ ”包括學讓生充分了解風與人類的關系，人類對風能的利用。更進一步的，通過學生自己動手查資料、甚至動手組建或拼裝類似水平軸風機等等諸如此類的方式，從而理解例如:1.風能的定義。2風能的特點。3古代和現(xiàn)代對風能的利用，尤其是能量之間的轉換，能量守恒的規(guī)律。以此達到教學的目的。使得學生在獨立學習和思考中得到提高并激發(fā)了學生的學習興趣和求知欲望。
[0004]進一步的風能方面的教學，主要是通過數(shù)學模型和物理學模型進行的研究，但對教育系統(tǒng)而言，受條件限制，教師難以通過實驗模擬自然條件下風能是如何轉化成電能，如何體驗風速和風能的關系，僅通過計算公式加以推導而難以通過實驗加以說明，而且發(fā)電效果受何種因素影響等難以通過公式表達，更難從生動的實驗出發(fā)去深刻的理解和掌握，這成為了教學的難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決上述問題，即以較小的成本達到教學目的，提出一種風能教學的演示模型和用具。
[0006]本發(fā)明的具體技術方案是:一種風能教學的演不模型，由直徑小于一米的風扇和由一個相似大小的風道同心相聯(lián)組成，風扇和風道安裝于一基座上，在風道內(nèi)設有一個風力發(fā)電機組成的裝置，搭載有負載。
[0007]進一步的，所述風力發(fā)電機是垂直軸風力發(fā)電機或水平軸風力發(fā)電機。
[0008]進一步的，以一組或若干組串并聯(lián)組成的LED燈作為負載，連接電壓、電流、功率測試儀器。
[0009]進一步的，在風道內(nèi)設有測風儀裝置。
[0010]進一步的，上述風道迎風面積和風力發(fā)電機迎風面積之比不小于1.4。
[0011]進一步的，上述風道長度L和風道直徑D的比值不小于1.2。
[0012]進一步的，上述風道長度L和風道直徑D的較佳比值范圍為2-5。
[0013]進一步的，風道進風口出設置若干相互平行或垂直的柵欄。
[0014]本發(fā)明通過調(diào)節(jié)風扇的調(diào)速開關調(diào)節(jié)風道進風量，引起風道內(nèi)風速發(fā)生變化，從而使風力發(fā)電機發(fā)出不同的電力帶動不同數(shù)量的LED燈，并可通過測量儀器獲得相關參數(shù)，更進一步可連接不同因素對發(fā)電量的影響。【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的風能教學的演示模型結構示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的風能教學的演示模型結構示意圖側視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的另一風能教學的演示模型結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明由一個直徑不超過I米的風扇和一個與風扇直徑或面積相似的風道同心相連，一個風力發(fā)電機，若干串并聯(lián)組成的LED燈、調(diào)速裝置、測風儀組成和電功率測量儀器組成。
[0019]風道內(nèi)設置一個小型風力發(fā)電機，發(fā)電機底部和一個塔架連接，并安裝在風道底部，和風道截面中心線的垂線平行，風道進風口 20厘米處安裝一個測風儀，風道進風面積和風力發(fā)電機迎風面積之比的比值不小于1.4，風道長度不小于風道直徑的1.2倍，風道進風口設置若干整流柵欄以使風進入風道后平滑，LED燈以串并聯(lián)方式組合而成作為風力發(fā)電機的負載，當調(diào)節(jié)風扇調(diào)速開關后，風道內(nèi)風速發(fā)生變化，從而引起風道內(nèi)風力發(fā)電機轉速發(fā)生變化，發(fā)電機輸出電壓和功率發(fā)生變化，最終導致LED亮燈的數(shù)量發(fā)生變化，風速越高、LED燈亮的數(shù)量也越多，可反映出風速變化能量變化的關系，并可通過電壓、電流和功率表讀出電功率值。
[0020]以風能和風力發(fā)電機效率的關系為例，分別用下式表示每平方米風能P= (1/2) *1.225*V3
風能轉化成電能的公式為Pe= (1/2) *1.225*S*k*V3*A，其中S是風機迎風面積，k是風力發(fā)電機效率，當風力發(fā)電機確定后k值固定，A是外界風況的影響程度，當外界風況無影響時A為I。
[0021]實施例一
風扇直徑0.6米，風道長度1.2米，風力發(fā)電機迎風面積0.09平方米，并安裝于風道中間位置，風道進風處設置若干柵欄，負載由24個0.25瓦/3伏的LED燈串并聯(lián)組成，調(diào)節(jié)風扇轉速從低到最高，風道內(nèi)風速可由0-10米/秒變化，通過電測量儀表殼讀取功率值6瓦，風道進風口內(nèi)部20厘米處風的流場較穩(wěn)定，如果去掉風道進口處柵欄，風道進風口內(nèi)部20厘米處擾流較嚴重，LED燈從0-22個亮之間變化，通過電測量儀表殼讀取功率值5.6瓦，即當風道長度相對于風道直徑之比大于3時，風道內(nèi)部擾流較小。
[0022]實施例二
風扇直徑0.6米，風道長度0.72米，風力發(fā)電機迎風面積0.09平方米，負載由24個0.25瓦/3伏的LED燈串并聯(lián)組成，風道進風處設置若干柵欄，調(diào)節(jié)風扇轉速從低到最高，可得到風道內(nèi)風速由0-8米/秒變化，風道進風口內(nèi)部5厘米處擾流較大，LED燈從0-18個可點亮，通過電測量儀表殼讀取功率值4.6瓦，反映出進風口擾流對風力發(fā)電機發(fā)電效率的影響。
[0023]實施例三
風扇直徑0.6米，風道長度3米，風力發(fā)電機迎風面積0.09平方米，負載由24個0.25瓦/3伏的LED燈串并聯(lián)組成，風道進風處設置若干柵欄，調(diào)節(jié)風扇轉速從低到最高，風道進風口內(nèi)部50厘米處風的流場較穩(wěn)定，風道內(nèi)可獲得風速由0-10米/秒變化，LED燈從0-24個全部亮之間變化，通過電測量儀表殼讀取功率值6瓦，反映出進風口擾流越小對風力發(fā)電機發(fā)電效率的影響也越小。
[0024]實施例四
風扇直徑0.4米，風道長度0.78米，風力發(fā)電機迎風面積0.09平方米，負載由24個
0.25瓦/3伏的LED燈串并聯(lián)組成，風道進風處設置若干柵欄，調(diào)節(jié)風扇轉速從低到最高，風道進口處20厘米處流場不夠穩(wěn)定，LED燈從0-24個全部亮之間變化，但最后幾盞燈亮度較低，通過電測量儀表可讀取功率值5.8瓦，反映出柵欄對改善進風口擾流的有效性。
綜上，本模型課形象的通過實驗模擬自然條件下風能是如何轉化成電能，如何體驗風速和風能的關系，通過實驗加以說明和驗證數(shù)學計算公式，且表明發(fā)電效果受何種因素影響等，從生動的實驗出發(fā)去深刻的理解和掌握風能轉化和應用的規(guī)律。本發(fā)明的風能教學的演示模型可形象生動的作為學校教育使用的學習用具，通過適當?shù)倪x擇，可供不同年齡、不同年級的學生教育使用。
【權利要求】
1.一種風能教學的演示模型，其特征在于，由直徑小于一米的風扇和由一個相似大小的風道同心相聯(lián)組成，風扇和風道安裝于一基座上，在風道內(nèi)設有一個風力發(fā)電機組成的裝置，搭載有負載。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種風能教學的演示模型，其特征在于，所述風力發(fā)電機是垂直軸風力發(fā)電機或水平軸風力發(fā)電機。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種風能教學的演示模型，其特征在于，以一組或若干組串并聯(lián)組成的LED燈作為負載，連接電壓、電流、功率測試儀器。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種風能教學的演示模型，其特征在于，在風道內(nèi)設有測風儀裝置。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種風能教學的演示模型，其特征在于，所述風道迎風面積和風力發(fā)電機迎風面積之比不小于1.4。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種風能教學的演示模型，其特征在于，所述風道長度L和風道直徑D的比值不小于1.2。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種風能教學的演示模型，其特征在于，所述風道長度L和風道直徑D的比值范圍為2-5。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種風能教學的演示模型，其特征在于，所述風道進風口出設置若干相互平行或垂直的柵欄。
【文檔編號】G09B23/18GK103514790SQ201210210366
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權日:2012年6月21日
【發(fā)明者】嚴強 申請人:嚴強