1、本发明涉及一种交通工具增加风速利用风能的方法。2、一种交通工具增加风速利用风能的装置。
背景技术：
1、3、空气能量庞大，但因能量密度低等原因，利用困难；在现有技术中，风力发电单机容量一般很小，并且效率低，这些在风电专业书中大都有介绍。根据流体力学，高速风会带动周围的低速风共同流动。如果能增加空气能量密度，加大风速风力发电，那么，空气能就可能成为交通工具重要的能源。而车辆行驶中，都会产生高于周围空气的风速，这个风是由车耗能产生的风阻，但其与大气是连通的，大自然原有风力与风阻同时存在。如果利用交通工具在行驶中产生的高速风作为初始能源，将大气中的风能引入发电机发电，可给交通工具提供新的能源。
2、4、现有技术中，风力发电机的风轮直接裸露在空气中，靠自然风，迎风发电。空气中的自然风直接作用于风轮，这是靠天赏饭，直接利用自然风力。
3、5、现有技术中很多情况是风力发电机安装在车顶，加大了车正投影面积。根据汽车空气动力学，即使是静止不发电，也会使得风阻增加，扰乱车的空气流场，而风叶单方向旋转必将产生巨大的单方向力量，在高车速时有危险隐患。
4、6、众多现有技术采用顶风发电，如果加大风力，则增加车辆前进的阻力。众多现有技术中无论发电机安装在任何位置，叶轮都是顶风受力，受力方向和车前进方向相反，发电的同时会向后推叶轮，会产生向后推车的一个分力。在行驶的交通工具上，基础不静止，这后推力将对行驶中的车起阻力作用。发电量越大，后推力量会越大。然而，风力发电机的原理，又需要叶轮顶风旋转。这使得叶轮运动与车前进成为矛盾。参考中国专利申请号202011167366.x；中国专利申请号202011327790.6；中国专利申请号202011163555.x；中国专利申请号202211278305.x；中国专利申请号202011200227.2。当然，这不意味着它们是错误的，它们的发明点不是解决发电机位置或者顶风发电的问题，在不解决这两个问题的情况下也能发电，只是需要交通工具消耗更多的能量用于发电。
5、7、车空气动力学设计原则。车行驶时在车体四周和车内都会产生空气流动，图6、图7、图8是专业书《汽车空气动力学》(傅立敏著)所公布的车外部气流流场，车体四周气流沿着车体流动，并在车后脱离车体后，气流方向产生旋转。如果结合这些车体外的空气流场，顺应原有的流向，吸收新的风力发电，则是新的空气动力技术。
6、8、参考图10的技术，中国专利申请号202310101075.8，该发明创造名称：《车自产压缩风发电的方法和装置》。该发明是根据空气动力学、伯努利方程、文丘里效应、射流理论，在风进入发电机前，引导气流进行变化，使气流沿着符合空气动力性的流向，在运动的同时进行加速、排气、吸气、压缩四种运动变化，以便形成压缩机的四个工作过程，完成压缩机的功能。这项技术特征包含了上述理论，而其之所以能完成压缩机功能，关键原因之一是具有速度转变为压力的过程，也就是加压过程。但是，发电机最终要求的是高速度的风能，只要发电机能获得更多的动能，在发电前的加速过程是否加压、是否具有压缩机的功能并不是发电的要求。因此，还有一种新技术，就是抛弃加压部分，只用加速方式获得风能。这种技术，方法简单，结构简单，可以用于低车速也可以用于高车速，但却从根本上改变了原有技术的性质。
技术实现思路
1、1、本发明是交通工具增加风速扩大风能发电的方法和装置。本发明是依据伯努利方程、文丘里效应、射流力学、车空气动力学理论，将空气加速、扩能。本
技术实现要素：
是实现交通工具在行驶中增加风速，抽吸入更多空气并加速；如此可以获得比周围速度高的风能，这是在改进背景技术中所述的空气能量密度低的问题，在一定程度上以速度能增大能量密度。
2、2、本发明是将风进行加工，加速并扩能后再发电，这与直接利用自然风的现有风力发电技术有本质差别。气流通道设置在风力机前、推动风轮之前，在发电前形成比周围环境风速大、能量增大的风，然后以这个提高风速的气流推动风轮发电。这是改变本文背景技术所述的，现有技术发电机的风轮直接裸露在空中，应用自然风发电现象。在风力推动风轮之前，利用本发明的装置先引导气流增速，扩大动能，之后再以增加速度的气流以更大的风力推动风轮，以得到更多的电能。
3、3、气流加速方法和部件。加速单元通道，是指从入口到出口，流截面积缩小的通道段，例如附图中(101)至(104)段，以及(105)至(107)段，它们是本发明的方法和装置中增加风速的基本部件，依据伯努利方程，风在其内因截面积缩小流速加大；产生文丘里效应；在出口以高于周围的风速喷出，这代表着出口产生射流现象，依据射流原理这是可实现的现象。流截面积是指流道在与流向接近垂直的横截面面积。
4、4、增加风速并吸入更多空气加速的扩能方法和装置。将若干段加速单元通道组合成多列多段通道，每列通道由若干段加速单元通道对接而成；气流在上一段加速单元通道中，因流道缩小而加速，从出口高速喷射出后，进入下一段通道开口；此处根据射流理论，气体以一定速度经小孔、缝隙等流出，在一定距离内会形成有边界气流，以一定方向流动其边界不变；因此上一段气流流出后，不会散开，没有流失，可以全部进入下一段通道内，就把上一段的风能全部送给了下一段通道，同时因为风速高，抽吸带动周围空气一同流动，外界更多的风一同流动共同进入下一段通道，这就是扩大了风能。例如附图中出口(104)段，与下一段入口(105)对接，形成2段的加速扩能气流通道，气流飞进入口(105)的同时，将通道外的空气抽吸带进入口(105)实现了扩能，在(105)至(107)段由于通道流截面积逐渐减小，扩能后的气流被加速，经过出口(107)喷出；在若干列若干段的气流通道中，以此同理类推，产生若干次加速及射流吸气的过程，将空气多次扩能。
5、5、不同车体可采用不同的制造方案，某车可以用一段加速单元通道加速一次后，直接用于发电；而另外一辆车可设计成若干个加速单元通道组合在一起工作，制造成多列多段气流通道，气流经过多次加速、多次吸气扩能后才用于发电。即使同一辆车，在不同部位，也可以采用不同方案，如附图2中所示车顶部(101)至(109)段，包含了三段加速单元通道，形成两次射流现象，采用的是多段加速单元通道对接多次扩能方案；而车的侧面用(110)至(114)两段加速单元通道、产生一次射流的方案；无论如何采用，都是本发明内容。
6、6、车体四周的气流通道贴合或尽量贴合车体外壳设置，沿着风向使通道形状与车外周围的气流流场近似。如本文背景技术中所述，根据空气动力学，车辆在行驶中周围的空气流场状态是已知的，图6、图7、图8所示为空气动力学中公布的几种车型的外部的空气流场，本发明的装置设置在车体(101)周围，制造成接近车体外流场形状，气流在其内流动与原有流动轨迹相似，以减少新装置对车体周围气流的破坏，减少阻力产生。
7、7、加速单元通道，以及其组成的气流通道可以是四周封闭的固体通道，也可以是由导轨、导叶、导流板等组合的半封闭通道、或者被引导加速的空中气流自身边界形成的通道。这是因为，参与发电的不是仅仅有流道内空气，而是车辆周围整个大气流场；本发明关键技术之一是扩能，需要吸入周围新空气，这就需要与外界相连，由于高速气流在空中不会发散，因此，无论通道是否封闭，都会向引导的方向流动，其自身也会产生边界。如图4中，通道内的(105)至(107)段是由上、下两块导流板(106-1)、(106-2)组成，两侧并未封闭，由于两块导流板之间间距逐渐减少，也能形成加速通道，符合本文所述的科学原理；而出口的喷出的气流是全部靠自身边界形成的看不见却存在的通道。
8、8、各个加速单元通道结构不同或者相同，各个零部件流截面积可以不同。其若干出口，如图中(104)、(107)、(112)以及风力机入口(201)等可采用任何种类喷嘴、阀门、孔口、管、联合喷嘴、孔板、缝隙、流截面积缩小的零部件。这是因为空气没有形状，容易压缩也容易膨胀，流动轨迹易变。很多与气体相关的理论没有形状要求，比如伯努利方程、理想气体状态方程。虽然，汽车空气动力学与形状有关，但这是由于不同车辆的外形设计不同造成的；也正因为车辆外形千差万别，而本发明可以应用在任何具有足够安装空间的交通工具上，才不能限制形状。加速单元通道，仅以通道内流截面积缩小增加风速、出口风高于周围风速喷射的特征而形成；车体四周气流通道整体形状近似接近车体外壳的周围流场；流道形状无论或略有急变缩小或平缓逐渐缩小或有部分等面积直通或有弯曲，都只是流道形状接近原气流流场或者相差多一点的问题；而通道要缩小，要开口吸收空气，不可能只追求形状和气流流场极度相似；不同车型的空气动力特性不同，周围产生的流场形状也不同，即使同一辆车，在不同的速度下，流场形状也会发生变化；因此气流通道形状无法固定；无论在何种车型上，只要产生车速，然后使气流通道符合本发明要求的特征就符合上述理论，就可实现本发明的效果。同理，本发明的出口同样无法限制形状和形式；以喷嘴为例，本发明出口可以安装喷嘴，也可以不安装喷嘴；喷嘴种类繁多，专业技术深厚，其功能效果已公开，并有国标等标准；本发明内容是设置喷嘴的功能，而不是发明新喷嘴，所以，本发明无论采用何种喷嘴，最终实现效果的是本发明总体技术。
9、9、在气流通道内或者通道外设置附件，以控制风向、改变风速，吸入更多空气、对空气加热、测量气流的速度、压力或者温度。附件包括各类阀门、导轨、导叶、涡轮、加热设备、测速器、压力表、温度计，本发明可以选择安装一种或者多种附件，或者不安装任何附件。利用风能不只是要提高风速，还需要控制风力方向，引导气流运动轨迹；还需要测量风速、气压、温度；为了达到增加产能、控制气流或者掌握气流状况的要求，本发明内容包括添加一种或者多种附件，或者不添加任何附件。以加热为例，北方冬季结冰上冻，需要加热轴承以便风轮转动，而南方可以不必安装加热零部件；如果采用加热，根据理想气体状态方程，还有产生气体膨胀的效果，最终部分热能也将参与向电能的转换。无论加热器安装在轴承附近，或者在流道某处，最终达到温暖轴承和膨胀气体两种结果，就是本发明实现了效果，而这个效果显然是任何加热器都能做到；因此，本发明的内容是在装置上加热的结果，而不是何种加热，何种加热器的类型。再如，选择添加阀门、涡轮或者导轨；很显然，现今世界阀门、涡轮技术发展迅猛，种类数不胜数，但是，本发明的内容是它们在装置中添加了控制气流的功能，而不是发明新阀门、新涡轮或者导轨；因此，本发明应用各种附件就如同螺栓螺母，可以采用国标件，也可以用非标件，本发明只需要紧固功能，不能因为采用了新型螺栓而使本发明失去保护。当然，如果本发明不选用或者少选用任何附件，能够完成风能增加的效果，也是本发明的案例。
10、10、气流通道的任何一个出口都可以对接风力机发电。气流通道中的任何一个出口流出的风都是经过加速的气流，都已经包含了扩大的风能，都可以用来发电；不同出口的风只是能量增加的多少有区别，但无论多少，都实现了增加风速发电的效果。引导气流进入风力机的方向位置，利用冲击叶轮的风力f的方向和位置平衡减弱运输工具行驶中的不利力和力矩，包括并且不只包括使风力分解出与行驶方向相同的分力，以减弱风阻。这是应用汽车空气动力学引导气流，包括调整气流作用力方向，在最终风力冲击风轮时，应用受力平衡与分解理论，以平衡减弱车辆在行驶中产生的不利力和力矩。比如风力f在y轴上分力f1，与前进方向一直，可以平衡一些风阻。本发明也是补充本文背景技术中所述的顶风发电问题。
11、11、将风电机组安装在车后面，利用车后部与车体分离的气流发电。将风力机安装在车后面气流脱离车体后发生旋转的位置，沿着车体外壳后部流场设置弯道(13)，气流进入风力机前在弯道(132)内旋转风向后进入出口(133)，也就是风力机入口(201)；弯道(13)可以是弯管、导轨、弯板。这个发明内容主要依据理论是汽车空气动力学，参考图6、图7、图8是空气动力学公布的流场形状，明确了不同车型气流在车后分离后发生旋转的流动轨迹，本发明依据该轨迹设置弯道，将风力引入风力机发电，以减少改变风向造成的能量损失，解决了顶风发电问题。此外，本发明将风电机组安装在车后面,不增加正投影面积，解决了本文背景技术中所述的风电机安装在车顶问题；根据汽车空气动力学，汽车正投影面积大小是决定风阻大小的因素之一，如果发电机安装在车顶，增大了正投影面积，也就是增加了风阻。本发明风电机组安装在车后，不产生正投影面积，不会增加风阻；同时，也解决了风轮单向旋转产生的偏向力的问题。
12、12、与参考发明技术区别。本文背景技术中介绍了中国专利申请号202310101075.8技术内容。该发明与本发明的区别是，该发明在流道内形成压力高于大气的空气；产能的核心依据是压缩机理论，形成四个工作过程，完成了压缩机功能，并能逐级循环重复压缩过程，实现多级压缩；该发明的关键是具有速度转变为压力的过程，也就是加压空气，这就意味着风速要降低，速度能要转变成压力能，这就需要通道封闭，否则气流会发散，当然，该发明在出口处由于加速压力再次转变成速度能，因此，出口产生射流而不封闭。本发明与该发明不同的是流道内没有被压缩空气产生，本发明没有压缩机的功能，本发明只用加速或连续加速方式扩大风能，因而气流自身就不会发散，通道不必须封闭。这两个技术是两种理论依据，技术性质不同的发明创造。实质上该发明的气流通道就是一台压缩机，而本发明是加速机，所以，二者因产能原理不同，产能方法和装置构造不同，各有千秋。
13、13、本发明的总体效果是在交通工具行驶中利用风能；边开车边发电，用以补充交通工具能耗问题。本发明推动风轮的总能量包含风阻的能量加上吸收进来的新空气能，用以发电补充车辆能耗的不是风阻能，而是经本发明转换成风能的新进来的空气能，是通过射流及文丘里效应吸收进来的新空气产生的能量；风阻能量只是回收的汽车耗能，来自车动力。
1.一种交通工具增加风速利用风能的方法，该方法特征包括以下，交通工具在行驶中增加风速，抽吸入更多空气并加速的方法；以加速风发电的方法。
2.根据权利要求1一种交通工具增加风速利用风能的方法，其中，所述的，交通工具在行驶中增加风速的方法，其特征包括如下步骤，在车体安装通道内流截面积缩小的加速单元通道，进入通道入口的风在此气流通道内加速，在出口以高于周围的速度喷出。
3.根据权利要求1所述的一种交通工具增加风速利用风能的方法，其中，所述的，增加风速，抽吸入更多空气并加速的方法；其特征包括，组成多列多段气流通道；每列气流通道由若干段通道内流截面积缩小的加速单元通道对接而成；气流在每段通道内加速，从出口高速喷射出后，进入下一段通道开口，同时抽吸外界更多的风一同流动共同进入下一段加速单元通道再次加速后喷射流出；以此类推若干段气流通道同理加速、吸气，以得到高速风能。
4.根据权利要求2、3所述的一种交通工具增加风速利用风能的方法，其中，所述的气流通道，其特征还有，车体四周的气流通道贴合或尽量贴合车体外壳设置，使通道形状沿着风向与车外的气流流场近似，接近沿着风向加速。加速单元通道以及其组成的气流通道可以是四周封闭的固体通道，也可以是半封闭通道、或者被引导加速的空中气流自身边界形成的通道。
5.根据权利要求2至4所述的一种交通工具增加风速利用风能的方法，其中，所述的，气流通道，其特征还包括，各个加速单元通道结构不同或者相同，流截面积不限形状，其出口为任何种类喷嘴、阀门、孔口、管、联合喷嘴、孔板、缝隙、流截面积缩小的零部件。
6.根据权利要求2至5所述的一种交通工具增加风速利用风能的方法，其特征还包括，在气流通道内或者通道外任何部位设置附件，用以控制风向、改变风速，吸入更多空气、对工作的空气加热；附件包括阀门、导轨、导叶、涡轮、加热设备，可以选择安装一种或者多种附件，或者不需要任何附件。
7.根据权利要求1所述的一种交通工具增加风速利用风能的方法，所述的，以加速风发电的方法，其特征包括，权利2至5所述的气流通道的任何一个出口都可以对接风力机发电；引导气流进入风机的方向位置，利用冲击叶轮的风力方向和位置平衡减弱运输工具行驶中的不利力和力矩。
8.根据权利要求1所述的一种交通工具增加风速利用风能的方法，所述的，以加速风发电的方法，其特征还包括，利用车后部与车体分离的气流；将风电机组安装在车后面；将风力机安装在车后气流脱离车体后旋转的位置；气流在弯道内加速并调转方向后，进入风力机；在风进入风力机前的气流通道为弯道，是流截面积减小的加速单元通道，形状与车后脱离时流场形状近似，可以是弯管、导轨、弯板；气流在弯道内转向并加速。
9.一种交通工具增加风速利用风能的装置，该装置包括以下特征，在交通工具上设置增加风速的加速单元通道，形成抽吸入更多空气并加速的气流通道(10)；安装以加速风发电的风电装置(20)。
10.根据权利要求9所述的一种交通工具增加风速利用风能的装置，其中，所述的，加速单元通道，其特征包括如下结构，加速单元通道(102)至(104)段安装在车体(101)上，进入入口(102)的风在气流通道(102)至(104)段因通道内流截面积缩小流速加大，出口(104)的风高于周围的风速喷出。
11.根据权利要求9所述的一种交通工具增加风速利用风能的装置，其中，所述的，气流通道(10)；其特征包括，气流通道为多列多段形式；每列通道由若干段通道内流截面积缩小的加速单元通道对接而成；风从第一段的出口(104)以高于周围的风速喷出后，进入第二段通道入口(105)，同时抽吸外界更多的风一同流动共同进入口(105)；第二段加速段为(105)至(107)段，段内流截面积缩小的，风在其内再次加速，在第二段出口(107)以高于周围的风速喷出；以此类推，若干段加速单元通道同理组合后，同理加速、吸气，得到高速风能。
12.根据权利要求10或11所述的一种交通工具增加风速利用风能的装置，其中，所述的气流通道，其特征还有，车体四周的气流通道贴合或尽量接近贴合车体(101)；通道接近沿着风向加速，形状与车外的气流流场近似；加速单元通道以及其组成的气流通道可以是四周封闭的固体通道，也可以是半封闭通道、或者被引导加速的空中气流自身边界形成的通道。
13.根据权利要求10或11所述的一种交通工具增加风速利用风能的装置，其中，所述的，气流通道其特征还包括，各个加速单元通道结构不同或者相同，流截面积不限形状其若干出口(104)、(107)、(112)等、风力机入口(201)为任何种类喷嘴、阀门、孔口、管、联合喷嘴、孔板、缝隙、变径、流截面积缩小的任何形状零部件。
14.根据权利要求10至13所述的一种交通工具增加风速利用风能的装置，其特征还包括，在气流通道内或者通道外任何部位设置附件，控制风向、改变风速、测量风速、吸入更多空气、对工作的空气加热；附件包括阀门、导轨、导叶、涡轮、加热设备、测量零部件，可以选择安装一种或者多种附件，或者不安装任何附件。
15.根据权利要求9所述的一种交通工具增加风速利用风能的装置，所述的，以加速风发电的风电装置(20)，其特征包括，气流通道的任何一个出口(104)、(107)、(112)都可以对接风力机(202)的入口(201)发电；让气流改变风向的弯道(13)引导气流进入风力机(202)的方向和位置；利用冲击叶轮的风力方向和位置平衡减弱运输工具行驶中的不利力和力矩。
16.根据权利要求9所述的一种交通工具增加风速利用风能的装置，所述的，以加速风发电的风电装置(20)，其特征还包括，利用车后部与车体分离的气流；将风电机组(201)至(205)安装在车后面；在车后面接近气流脱离车体后发生旋转的位置安装风力机(202)；气流在弯道(132)内加速并调转方向后，进入风力机(202)；弯道(13)形状与车后气流脱离后旋转流场的形状相似，也是流截面积逐渐减小的加速单元通道，可以是弯管、导轨、弯板，连接气流通道出口(131)和风力机入口(201)。
