為什么風(fēng)力發(fā)電機(jī)幾乎全都沿著順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)？

IDG君寫在前面：

這幾天，北方的大風(fēng)天氣頻頻登場(chǎng)，推開窗戶盡是呼嘯的聲音，它讓人們眼淚亂飄、涕泗橫流，也讓出門在外的人寸步難行。大家都不喜歡這樣的風(fēng)，但只要我們能善加利用，看似橫行霸道的風(fēng)也會(huì)被收拾得服服帖帖，成為一股溫柔的力量。

因?yàn)樵跓o垠的田野、遼闊的草地還有浩瀚的海洋上，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)巨大的扇葉運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，澎湃的電力就會(huì)跋山涉水走進(jìn)千家萬戶。這些源源不盡的綠色能源，讓人類找到最理想的生態(tài)循環(huán)，進(jìn)而生生不息，無限繁榮。

于是，當(dāng)我們看見一排排“大風(fēng)車”已經(jīng)不足為奇，唯一的疑惑可能是風(fēng)力發(fā)電機(jī)為什么有的是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有的是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)？這兩種不同姿勢(shì)背后，正蘊(yùn)藏了一段有趣的歷史和科學(xué)知識(shí)。

還記得半年前紅遍全網(wǎng)的《信條》么？當(dāng)時(shí)幾乎所有的視線都集中在對(duì)時(shí)間的討論，今天我們把目光聚焦到不一樣的角度，為什么電影中時(shí)光倒流的情景，用風(fēng)力發(fā)電機(jī)沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)來表現(xiàn)呢？

震驚！早期風(fēng)車竟然逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)？

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的始祖是風(fēng)車，而早期的風(fēng)車作為一種手工制品，并沒有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)范，它同時(shí)存在順時(shí)針和逆時(shí)針兩種形式。在英國倫敦的郊區(qū)，你可以同時(shí)看到同時(shí)包含兩種旋轉(zhuǎn)類型的風(fēng)車。除了旋轉(zhuǎn)方向不同，它們幾乎沒有任何差別。

令人驚訝的是，享譽(yù)全球的荷蘭風(fēng)車作為風(fēng)車的典型代表，絕大多數(shù)是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的。最早從德國引進(jìn)的荷蘭風(fēng)車，在本土化過程中逐漸形成了自身的特色，由于年代久遠(yuǎn)，風(fēng)車逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的原因已不可考。一種說法是，荷蘭人不喜歡墨守成規(guī)，他們?cè)谌~片安裝過程中偷懶。風(fēng)車安裝葉片時(shí)，需要將網(wǎng)格狀的扇葉釘在主桅桿上，有些風(fēng)車還會(huì)在表面鋪上帆布。由于多數(shù)荷蘭人也慣用右手，從右向左把長釘楔入桅桿，最終導(dǎo)致風(fēng)車沿著逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。隨著荷蘭風(fēng)車的流行，這種旋轉(zhuǎn)方式也持續(xù)受到后來者的模仿和傳播，并延續(xù)至今。

弟弟的勝利！風(fēng)電機(jī)組開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

在例如《某科學(xué)的超電磁炮》等動(dòng)漫作品，及手機(jī)天氣預(yù)報(bào)插件的風(fēng)速動(dòng)畫中，會(huì)出現(xiàn)有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這其實(shí)是一個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤。但作為風(fēng)車的“后浪”，絕大多數(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)與早期風(fēng)車截然相反，它們幾乎全都沿著順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這是為什么呢？

早在19世紀(jì)80年代，丹麥的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)剛剛萌芽，年輕的工程師喬納斯（Johannes）沿襲風(fēng)車的旋轉(zhuǎn)方式，和一家風(fēng)電公司合作，設(shè)計(jì)出了一款逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)。無獨(dú)有偶，他的弟弟艾瑞克（Erik）不久之后也設(shè)計(jì)了一款風(fēng)力機(jī)，在定稿之前，他向妻子詢問意見，妻子回答說，你哥哥的風(fēng)力機(jī)是逆時(shí)針的，如果采用截然不同的方式，可以快速樹立起我們的形象，于是艾瑞克聽從了妻子的建議。

這款產(chǎn)品在市場(chǎng)上廣泛受到青睞，客戶也越來越多，成為了主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型。丹麥政府為了保證民眾（視覺上）的舒適度，甚至規(guī)定所有的風(fēng)力機(jī)必須遵循順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的規(guī)則。最后，隨著風(fēng)電葉片供應(yīng)巨頭LM公司對(duì)丹麥風(fēng)電公司的收購，“順時(shí)針”成為了主流。

順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)（實(shí)體）

順時(shí)針or逆時(shí)針是怎么確定的

單純從物理學(xué)角度，順時(shí)針和逆時(shí)針并不會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電性能產(chǎn)生任何差異。在美國加州的阿爾塔蒙特山口附近，我們甚至還可以同時(shí)看到兩種旋轉(zhuǎn)方式的風(fēng)力機(jī)，但這在視覺上會(huì)令人感到難受。其實(shí)，大多數(shù)人從未意識(shí)到的是我們更習(xí)慣看到順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的物體。

為什么？很少有人會(huì)刻意在乎旋轉(zhuǎn)的方向，只是在長期日常生活中接觸到的旋轉(zhuǎn)物體大多采用順時(shí)針，逐漸成為了習(xí)慣?，F(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機(jī)械采用順時(shí)針的原因來源于時(shí)鐘，最古老的計(jì)時(shí)工具是日晷（gui）。北半球的日晷表盤上的影子沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而在南半球，影子則是沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的。也就是說，如果發(fā)明鐘表的是個(gè)巴西人，那么現(xiàn)在所有的鐘表都要沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，更多的機(jī)械也將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。隨著時(shí)鐘的問世，毫無存在感的南半球人也不得不接受順時(shí)針，長此以往，地球人跨越了南北半球，默認(rèn)形成了統(tǒng)一的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)規(guī)則。然而，這個(gè)問題卻又引發(fā)了一個(gè)問題。

旋轉(zhuǎn)效應(yīng)？神秘的地轉(zhuǎn)偏向力

由于北半球的大陸板塊面積比南半球大得多，大部分人口也集中在北半球，身在北半球的我們不經(jīng)意間會(huì)認(rèn)為所有的地球都和自己是相似的，忽略了某些物理規(guī)律并不適用于南半球。其中，南北半球最重要的差異是由地轉(zhuǎn)偏向力（又稱科氏力）造成的，它不是實(shí)際存在的作用力，更確切地說，它是為了簡(jiǎn)化地球自轉(zhuǎn)時(shí)力學(xué)問題而引入的一種效應(yīng)。在我們眼中的地球是靜止的，但實(shí)際上它自轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力，把運(yùn)動(dòng)的物體“甩”出去，但這個(gè)效果對(duì)運(yùn)動(dòng)速度慢的物體并不明顯，我們?nèi)粘Ｒ搽y以覺察到。

任何宏觀運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)因地轉(zhuǎn)偏向力而受到不同程度上的影響，從而在我們的視角中產(chǎn)生了偏離。例如，北半球上河水會(huì)侵蝕右側(cè)河岸，而在南半球則會(huì)侵蝕左側(cè)河岸。北半球上的氣流向右偏轉(zhuǎn)形成逆時(shí)針的臺(tái)風(fēng)，而在南半球則形成順時(shí)針的臺(tái)風(fēng)（旋風(fēng)）。當(dāng)然，由于水流過小，南北半球的馬桶卻并不一定會(huì)沖出相反方向的漩渦。對(duì)于跨度范圍大的洲際導(dǎo)彈和飛機(jī)而言，地轉(zhuǎn)偏向力也是規(guī)劃航線時(shí)必須要考慮的因素。

對(duì)于采用順時(shí)針或逆時(shí)針的單個(gè)旋轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，上游的風(fēng)并不會(huì)使其發(fā)電功率產(chǎn)生差異。但一個(gè)風(fēng)場(chǎng)通常有數(shù)十臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)后排的機(jī)組位于前方機(jī)組的尾流中時(shí)，其發(fā)電效率則被大打折扣。

產(chǎn)生這種情況的原因比較復(fù)雜，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)處在大氣邊界層內(nèi)，由于風(fēng)剪切的作用，海拔高度方向上的風(fēng)速存在差異，而風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的攪拌將上層和下層大氣進(jìn)行混合，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)不均勻的尾流區(qū)域?？茖W(xué)家通過數(shù)值模擬方法發(fā)現(xiàn)，在尾流向下游擴(kuò)散過程中，地轉(zhuǎn)偏向力的差異會(huì)導(dǎo)致尾流產(chǎn)生兩種截然不同的變化，顯著改變大氣的流動(dòng)特征，使得下游的風(fēng)力發(fā)電機(jī)造成影響。南半球的風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則會(huì)比逆時(shí)針發(fā)出的電量高出11.5%，同樣的道理，北半球逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)可以發(fā)出更多的電。

寫在最后

為保證產(chǎn)品遵循一致性，相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)指出，風(fēng)力機(jī)需要遵循順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的規(guī)則，各個(gè)傳動(dòng)部件，例如齒輪箱等也都是基于此進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，為了提升發(fā)電量而去違背順時(shí)針的規(guī)則，需要面臨重重阻力。而在不遠(yuǎn)的將來，北半球的風(fēng)力機(jī)為了發(fā)出更多的電，也許會(huì)逐步采用逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，我們普通民眾隨之也要去適應(yīng)這種視覺變化。

原文標(biāo)題：不為人知的秘密，風(fēng)力發(fā)電機(jī)為什么順時(shí)針旋轉(zhuǎn)？

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