世界上第一个关于风力机风轮叶片接受风能的完整理论是1919年由A·贝茨（Betz）建立的。贝茨理论的建立，是假定风轮是理想的，全部接受风能（没有轮毂），叶片无限多，对空气流没有阻力，空气流是连续的，不可压缩的，叶片扫掠面上的气流是均匀的，空气流速度的方向不论在叶片前或流经叶片后都是垂直叶片扫掠面的，或称平行风轮轴线的，这时的风轮称为“理想风轮”。

图3-1是贝茨“理想风轮”的理论计算图。分析一个放置在流动空气中的“理想风轮”叶片上所受到的力及流动的空气对风轮叶片所做的功。设风轮前的空气流速为v₁，流经风轮叶片的空气流速为v，v₂是风轮叶片扫掠后的空气流速；通过风轮叶片前的风速v₁流经的截面为S₁，叶片扫掠面积为S，叶片扫掠后空气流速v₂流经的截面为S₂。

图3-1 理想风轮

v₁—叶片前的空气流速 v—空气流流经叶片的流速 v₂—叶片扫掠后的流速 S₁—叶片前空气流流经的截面 S—空气流扫掠叶片时的截面 S₂—叶片扫掠后空气流流经的截面

空气流以v₁的流速吹在叶片上，叶片转动，将风能转换成机械能，则必然是

v₁＞v₂，S₂＞S₁ （3-1）

于是得

S₁v₁=S₂v₂=Sv （3-2）

由欧拉定理求得空气流流经叶片时叶片受力F，由于v₂＜v₁，故应加负号：

F=-ρSv（v₂-v₁）

即

F=ρSv（v₁-v₂） （3-3）

式中 ρ——空气当时的密度；

ρ^Sv——空气当时的质量；

风轮所接受的空气流的功率为

N=Fv=ρSv²（v₁-v₂） （3-4）

经过风轮叶片时，空气流的动能转化成叶片旋转的机械能为

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解式（3-6），得

因而，空气流作用在风轮叶片上的力F和风轮输出的功N分别为

空气流的流速v₁是给定，N的大小取决于v₂，N是v₂的函数，对N微分求最大值，得

令其等于0，求解方程，得

将式（3-11）代入式（3-9），得

令=0.593=C_P，C_P称作贝茨功率系数，则有

空气流作用在风轮叶片上的力F为

而ρSv³₁正是空气流为流速v₁时的动能T，故

N_max=C_PT （3-14）

空气流即是风，C_P=0.593说明风吹在风轮的叶片上，风轮叶片所能获得的最大功率N_max为风吹过叶片扫掠面积S的风能的59.3%。贝茨理论说明，“理想风轮”叶片接受风能的最高效率为59.3%。

通常风力机风轮叶片接受风能的效率达不到59.3%，一般设计时根据风轮叶片的数量、叶片翼型、叶片迎角、风轮转速等情况，取C_P值为0.25～0.45。