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

Перетворення енергії вітру за допомогою аеродинамічного профілю

Аеродинамічним профілем називається аеродинамічна конструкція, виконана у вигляді витягнутого уздовж повітряного потоку перетину із закругленою передньою і гострою задньою кромками і з симетричною або асиметричною кривизною. У вітроенергетиці, як правило, використовуються профілі з асиметричною кривизною. Аеродинамічні профілі розроблялися у всьому світі різними організаціями і фірмами в період бурхливого розвитку авіації (напр. ЦАП – Центральний аерогідродинамічний інститут імені М. Є. Жуковського; NACA – Національний авіаційний консультативний комітет США та ін.). Організації та автори називали розроблені профілю іменами своїх організацій або прізвищами авторів (ЦАГІ, NACA, CLARK), тому на сьогоднішній день не існує стандартних або міжнародних позначень розроблених авіаційних профілів.

Як приклад на рис 3.4 представлено перетин і основні геометричні параметри одного із серії профілів NACA з умовним позначенням NACA 4415, який використовується при виготовленні лопатей вітрогенераторних установок [35].

Перетин і основні геометричні параметри профілю NACA 4415

Рисунок 3.3 – Перетин і основні геометричні параметри профілю NACA 4415

До основних геометричних параметрів профілю належать:

хорда b – відрізок прямої, що з'єднує дві найбільш віддалені одна від одної точки профілю. Хорда є також довжиною профілю.

середня лінія (скелет) профілю.

максимальна товщина профілюстах.

положення максимальної товщини уздовж хордихс.

максимальна угнутість профілюfmax

положення максимальної угнутостіxj.

У позначенні профілю NACA 4415 перша цифра позначає максимальну угнутість профілю ; друга цифра позначає положення точки максимальної угнутості профілю від передньої кромки профілю в десятих частках від хорди ; третя і четверта цифри позначає товщину профілю у відсотках від довжини хорди

При побудові геометрії профілю використовують прямокутну систему координат з початком в передній точці хорди. Вісь ОХ направляють по хорді від передньої точки до задньої, а вісь OY – вгору. Довжина хорди береться за /, а верхня і нижня лінії профілю задаються за відносними координатами, узятим з таблиці або отриманих за допомогою формул. Контур профілю можна також побудувати, задаючи середню лінію і розподіл товщини профілю уздовж лінії хорди.

Принцип роботи аеродинамічного профілю і виникнення підйомної сили заснований на використанні закону Бернулі.

(3.7)

Набігаючий під кутом а до хорди профілю повітряний потік розділяється площиною на дві частини: верхню і нижню. Внаслідок опуклості площині, верхня частина потоку проходить більший шлях, ніж нижня. Згідно закону Бернулі про нерозривність потоку, швидкість потоку повітря над верхньою кромкою площині при цьому буде більше, ніж під нижньою кромкою. З цього випливає, що тиск на верхній стороні профілю нижче, ніж на нижній і за рахунок різниці тисків утворюється повна аеродинамічна сила F, спрямована в бік зниженого тиску. Ця сила розкладається на підйомну силу , яка спрямована перпендикулярно вектору швидкості набігаючого потоку і силу опору повітряному потоку , спрямовану вздовж потоку.

(3.8)

(3.9)

де: – питома щільність повітря, кг/м3; А – відповідно площа омиваємого потоку (колеса), м ; – швидкість набігаючого потоку повітря (швидкість вітру), м/с, та – безрозмірні коефіцієнти підйомної сили і сили опору повітряному потоку.

На рис. 3.5 наведена схема перетворення енергії вітру в механічну енергію за допомогою аеродинамічного профілю.

Взаємодія аеродинамічного профілю з повітряним потоком

Рисунок 3.4 – Взаємодія аеродинамічного профілю з повітряним потоком

Сила тяжіння також діє на площину, однак вона врівноважується несучою конструкцією ВГУ і не приймає участь у створенні крутного моменту. Коефіцієнти та , що входять у вирази (3.8) та (3.9) залежать від типу і геометрії аеродинамічного профілю, а також від кута набігання повітряного потоку а.

Для визначення цих коефіцієнтів всі профілі випробують (продувають) в аеродинамічних трубах при різних кутах нахилу хорди а і швидкостях набігаючого повітряного потоку. Результати вимірювань табульовані (або представлені у вигляді графіків) і їх можна знайти у відповідній літературі або в комп'ютерних базах даних [17, 29]

На рис. 3.5 наведена залежність коефіцієнтів та від кута набігання потоку і поляра Лілієнталя, або просто поляра профілю NACA 4415 в діапазоні кутів набігання від -15 до +15 градусів.

Залежність коефіцієнтів Су та Сх від кута набігання потоку (а) та поляра (б) профілю КАСА 4415

Рисунок 3.5 – Залежність коефіцієнтів Су та Сх від кута набігання потоку (а) та поляра (б) профілю КАСА 4415

З рисунку 3.5, а видно, що коефіцієнт підйомної сили су є знакозмінним і до кута +5° характеризується зростаючою лінійною залежністю, а коефіцієнт опору мінімальний. При кутах набігання більш +10° лінійна залежність коефіцієнта су порушується, відбувається різке підвищення коефіцієнта опору сх і зрив потоку. Це режим використовується у ВГУ для обмеження потужності шляхом примусового повороту лопатей.

При виборі оптимальних кутів набігання потоку найбільш зручніше використовувати не самі значення коефіцієнтів су та сх, а так звані поляри профілю (рис. 3.5, б). Поляра – це графічна залежність коефіцієнта підйомної сили від коефіцієнта лобового опору при різних кутах набігання потоку. З геометричної точки зору будь-яка крива в полярних координатах дає залежність довжини відрізка між початком координат і будь-якою точкою на кривій від кута нахилу цього відрізка до горизонтальної осі. У даному випадку довжина відрізка пропорційна повної аеродинамічної силі F, що діє на профіль, а тангенс кута нахилу до горизонтальної осі у дорівнює відношенню підйомної сили до лобового опору або, за прийнятою в авіації термінології, аеродинамічному якості К.

Якщо з точки початку координат провести дотичну до поляри, то в місці їх. перетину (точка А на рис. 3.5, б) отримаємо максимальні відношення підйомної сили до лобового опору, що, в свою чергу, буде відповідати оптимальному куті набігання повітряного потоку а. Для профілю NACA 4415 цей кут складає величину, яка дорівнює 6...6,5° (рис. 3.5, б).

 
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