Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Техніка arrow Основи вітроенергетики
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ОСНОВИ ТЕОРІЇ ВІТРОЕЛЕКТРИЧНИХ УСТАНОВОК

Основні закони і поняття аеродинаміки

Перш ніж кінетична енергія вітру буде перетворена в електричну енергію, необхідно спочатку здійснити перетворення енергії вітру в механічну енергію. Таке перетворення відбувається на підставі основних законів аеродинаміки.

Першим основним законом аеродинаміки є закон обертання руху, згідно з яким результати розгляду не змінюються від того, чи вивчати взаємодію нерухомого тіла з оточуючим його середовищем, що рухається, або, навпаки, рух тіла в нерухомому середовищі з тією ж відносною швидкісно.

Другий закон виражає постійність маси, що дозволяє визначати швидкості повітря (рідини) в різних перерізах замкнутого (обмеженого) простору. Обчислюється він рівнянням нерозривності

(3.1)

де ρ – щільність; А – площа; v – швидкість.

Третій закон – закон збереження енергії, записується у вигляді рівняння Бернуллі:

(3.2)

де – повний тиск; Р – статичний тиск.

Перетворення кінетичної енергії вітру в механічну енергію в вітрогенераторних установках може здійснюватися на основі двох принципів:

– принципу використання сили опору (перетворення плоскими поверхнями-пластинами)

– принципу використання підйомної сили (перетворення аеродинамічними профілями).

Перетворення енергії вітру за допомогою плоскої поверхні

Потік повітря, набігаючи на яке-небудь тіло, впливає на нього деякою силою. Згідно з першим законом аеродинаміки, величина цієї сили тиску не змінюється залежно від того, чи рухається повітряний потік, а тіло нерухоме, або навпаки. Тіло рухається, а повітря нерухоме, якщо швидкості руху в тому або іншому випадку однакові.

Оскільки в першому випадку потік, а в другому – тіло зустрічають у напрямі свого руху опір, то складову силу тиску в цьому напрямі називають силою опору.

Якщо поверхня площею А розташована перпендикулярно напряму повітряного потоку, то уся сила тиску повітря буде силою опору цієї поверхні. При похилому положенні пластини до напряму потоку під деяким кутом а, потік діятиме на неї з силою F (рис. 3.1). Сила F розкладається по осях на складові і . Сила прагне підняти пластину, тому її називають підйомною силою. Сила називається силою опору.

Схема дії сил на пластину

Рисунок 3.1 – Схема дії сил на пластину

Величина підйомної сили залежить від кута натікання (атаки) повітряного потоку на пластину. Якщо цей кут дорівнює нулю, то і підйомна сила дорівнює нулю. Відношення підйомної сили , що діє на майданчик S, до сили дії динамічного натиску на цей майданчик, коли вона перпендикулярна напряму потоку, представляє з себе безрозмірну величину, що іменується аеродинамічним коефіцієнтам підйомної сили

(3.3)

Аналогічно вводиться безрозмірний аеродинамічний коефіцієнт сили опору

(3.4)

Аеродинамічні коефіцієнтиіотримують при продуванні моделей в аеродинамічних трубах і будуються у вигляді графічних залежностей і від кута атаки α (див. рис. 3.2).

Зміна швидкості потоку за пластиною призводить до зміни статичного тиску за пластиною і нелінійної зміни коефіцієнтів сх і су. Маючи дослідні коефіцієнти і , ми можемо підрахувати величини підйомної сили і сили опору для цього кута атаки геометрично подібної поверхні з різною величиною її площі S.

Стосовно крила, його підйомну силу, в ньютонах, підраховують за виразом

(3.5)

Характеристика зміни коефіцієнтів с, І су при різних положеннях поверхні до напряму повітряного потоку при продуванні пластини в аеродинамічній трубі

Рисунок 3.2 – Характеристика зміни коефіцієнтів с, І су при різних положеннях поверхні до напряму повітряного потоку при продуванні пластини в аеродинамічній трубі

а лобовий опір

(3.6)

де А – площа крила, м2.

Характер зміни швидкості потоку за пластиною, а, отже, і величина коефіцієнтівізалежить не лише від кута нахилу поверхні до напряму потоку, але і від розташування її сторін до напряму потоку.

Якщо довша сторона поверхні розташовується перпендикулярно потоку, то коефіцієнт має максимум на менших кутах набігання потоку на поверхню і, навпаки, при розташуванні короткої сторони поверхні перпендикулярно напряму потоку максимальне значення cу виходить на великих кутах α = (40...45°) нахилу поверхні до напряму потоку (рис. 3.2).

Вітрові колеса, побудовані за принципом використання сили опору, мають швидкодію не більше 1. Це говорить про те, що лопать колеса може обертатися зі швидкістю, не більше ніж швидкість набігаючого повітряного потоку. Тому коефіцієнт використання енергії вітру ср таких коліс невисокий (19%) і вони не використовуються для вироблення електроенергії в комерційних цілях.

Можна відзначити, що метод опору набув широкого поширення для вимірювання швидкості вітру за допомогою чашкових або лопатевих анемометрів. На рисунку 3.3 наведено принцип дії лопатевого анемометру та сил, що на нього діють.

До принципу дії лопатевого анемометру

Рисунок 3.3 – До принципу дії лопатевого анемометру

У авіаційній практиці, а також в сучасній вітроенергетиці, прагнуть надати тілу крила такої форми, яка давала б максимальну підйомну силу і мінімальний лобовий опір.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси