关键概念
物理学
风力发电
空气动力学
导言
你见过风力涡轮机吗？风力涡轮机是顶部带有叶片的大型塔，叶片由风旋转。它们是清洁可再生能源的一种来源。它们利用风旋转叶片的运动来发电。但是，为了使涡轮机发挥最佳作用，环境工程师必须弄清楚在哪里放置风力涡轮机，以便它们能够最佳地暴露在稳定且持续的风中。在这个项目中，你将扮演环境工程师的角色，并弄清楚在靠近高层建筑物的地方放置风力涡轮机是否是个好主意。
背景
你是否曾经观察过水流过小溪或河流？如果没有障碍物，水可能会以平滑的直线流动。这称为层流。但是，如果水中有东西，例如岩石或树枝，则会导致水在流过时旋转和翻滚。这称为湍流。单个的“漩涡”称为涡流（涡流的复数形式）。
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当风吹过高层建筑物（如建筑物或树木）时，空气中也会发生同样的情况。在放置风力涡轮机时，这是一个需要考虑的重要因素，因为它们将从沿相同方向吹的稳定风中产生最大的电力。不稳定的湍流会降低功率输出，甚至损坏涡轮机。在这个项目中，你将使用纸板箱来代表“建筑物”，并查看它们如何影响风扇吹来的“风”的流动。
当然，空气中的湍流比湍急的河流更难让我们看到！有时，科学家会使用有色烟雾进行受控实验以观察气流。在这个项目中，你将使用绑在棍子末端的飘带可视化气流。
材料
风扇
棍子或杆子，几英尺长
飘带，几英寸长
纸板箱（纸箱的大小取决于风扇的大小—风扇越大，纸箱就越大。如果纸箱是空的，你可能需要放一些东西在里面以使其稳定。）
准备工作
将纸板箱放置在离风扇几英尺的地方，风扇指向纸箱。
将飘带系在棍子的末端。
步骤
打开风扇。
站到一侧，使身体不会干扰气流，使用棍子将飘带保持在盒子“上风”处（在面向风扇的盒子一侧）。飘带朝哪个方向吹？它的运动是否一致？你认为这显示的是湍流还是层流？
现在将飘带移到盒子的“下风”侧（在背对风扇的盒子一侧），但使其非常靠近盒子。现在飘带会发生什么？该区域的流动是湍流还是层流？
逐渐将飘带从下风侧向远离盒子的地方移动。当你将飘带移离盒子较远时会发生什么？这暗示了气流的什么？
关于高层建筑附近的气流，你可以得出什么结论？这会如何影响风力涡轮机的放置？
额外：查看如果更改风扇速度，结果会如何变化。
额外：尝试使用不同大小的盒子进行相同的活动。结果如何变化？
额外：尝试使用不同或不规则形状的物体（例如家具或盆栽植物）进行活动。结果如何变化？
额外：在刮风的日子里，将你的棍子和飘带带到室外。确定风向，并找到大型物体（如建筑物或树木）来测试气流。如果你将飘带放在建筑物拐角附近或树后，会发生什么？
[中断]
观察和结果
当你将飘带保持在盒子的“上风”处时，你应当看到它始终朝一个方向吹，远离风扇。这是因为结构上风的流动是层流（或直线）。但是，当你将飘带保持在盒子的“下风”处时，它可能会向各个方向飘动，甚至向后吹。这是因为该结构会中断平稳的流动并导致湍流。当您逐渐将飘带移离下风侧时，其运动应再次变得一致，向远离风扇的方向吹。这是因为在引入湍流之后，流动会逐渐“恢复”并再次变为层流。
在放置风力涡轮机时，这非常重要，因为它们不应太靠近“下风”侧的大型建筑物。建筑物会产生湍流，从而降低风力涡轮机的性能。
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