Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Основные законы и понятия аэродинамики

Прежде чем кинетическая энергия ветра будет преобразована в электрическую энергию, необходимо сначала осуществить преобразования энергии ветра в механическую энергию. Такое преобразование происходит на основании основных законов аэродинамики.

Первым основным законом аэродинамики является закон вращения движения, согласно которому результаты рассмотрения не меняются от того, изучать взаимодействие неподвижного тела с окружающей средой, что движется, или, наоборот, движение тела в неподвижной среде с той же относительной скоростно.

Второй закон выражает постоянство массы, позволяет определять скорости воздуха (жидкости) в разных сечениях замкнутого (ограниченного) пространства. Вычисляется он уравнением неразрывности

(3.1)

где ρ - плотность; А - площадь; v - скорость.

Третий закон - закон сохранения энергии, записывается в виде уравнения Бернулли:

(3.2)

где - полное давление; Р - статическое давление.

Преобразование кинетической энергии ветра в механическую энергию в ветрогенераторных установках может осуществляться на основе двух принципов:

- Принципа использования силы сопротивления (преобразование плоскими поверхностями-пластинами)

- Принципа использования подъемной силы (преобразование аэродинамическими профилями).

Преобразование энергии ветра с помощью плоской поверхности

Поток воздуха, набегая на какое-либо тело, влияет на него некоторой силой. Согласно первому закону аэродинамики, величина этой силы давления не меняется в зависимости от того, движется воздушный поток, а тело неподвижно, или наоборот. Тело движется, а воздух неподвижен, если скорости движения в том или ином случае одинаковы.

Поскольку в первом случае поток, а во втором - тело встречают в направлении своего движения сопротивление, то составляющую силу давления в этом направлении называют силой сопротивления.

Если поверхность площадью А расположена перпендикулярно направлению воздушного потока, то вся сила давления воздуха будет силой сопротивления этой поверхности. При наклонном положении пластины направлению потока под некоторым углом а поток будет действовать на нее с силой F (рис. 3.1). Сила F раскладывается по осям на составляющие и . Сила стремится поднять пластину, поэтому ее называют подъемной силой. Сила называется силой сопротивления.

Схема действия сил на пластину

Рисунок 3.1 - Схема действия сил на пластину

Величина подъемной силы зависит от угла натекания (атаки) воздушного потока на пластину. Если этот угол равен нулю, то и подъемная сила равна нулю. Отношение подъемной силы , действующей на площадку S, в силу действия динамического напора на эту площадку, когда она перпендикулярна направлению потока, представляет из себя безразмерную величину, именуемую аэродинамическим коэффициентам подъемной силы

(3.3)

Аналогично вводится безразмерный аэродинамический коэффициент силы сопротивления

(3.4)

Аэродинамические коэффициенты и получают при продувке моделей в аэродинамических трубах и строятся в виде графических зависимостей и от угла атаки α (см. Рис. 3.2).

Изменение скорости потока за пластиной приводит к изменению статического давления с пластиной и нелинейной изменения коэффициентов с х и с у. Имея исследовательские коэффициенты и , мы можем подсчитать величины подъемной силы и силы сопротивления для этого угла атаки геометрически подобной поверхности с разной величиной ее площади S.

Относительно крылья, его подъемную силу, в ньютонах, подсчитывают по выражению

(3.5)

Характеристика изменения коэффициентов с, и су при различных положениях поверхности направлению воздушного потока при продувке пластины в аэродинамической трубе

Рисунок 3.2 - Характеристика изменения коэффициентов с, и с в при различных положениях поверхности направлению воздушного потока при продувке пластины в аэродинамической трубе

а лобовое сопротивление

(3.6)

где А - площадь крыла, м2.

Характер изменения скорости потока за пластиной, а, следовательно, и величина коэффициентов и зависит не только от угла наклона поверхности к направлению потока, но и от расположения ее сторон направлению потока.

Если длинная сторона поверхности располагается перпендикулярно потоку, то коэффициент имеет максимум на меньших углах набегания потока на поверхность и, наоборот, при расположении короткой стороны поверхности перпендикулярно направлению потока максимальное значение c в выходит на больших углах α = (40 ... 45 °) наклона поверхности направлению потока (рис. 3.2).

Ветровые колеса, построенные по принципу использования силы сопротивления, имеют быстродействие не более 1 Это говорит о том, что лопасть колеса может вращаться со скоростью, не более чем скорость набегающего воздушного потока. Поэтому коэффициент использования энергии ветра с г. таких колес невысокий (19%) и они не используются для выработки электроэнергии в коммерческих целях.

Можно отметить, что метод сопротивления получил широкое распространение для измерения скорости ветра с помощью чашечных или лопастных анемометров. На рисунке 3.3 приведены принцип действия лопастного анемометра и сил, на него действуют.

Принципу действия лопастного анемометра

Рисунок 3.3 - К принципу действия лопастного анемометра

В авиационной практике, а также в современной ветроэнергетике, стремятся предоставить телу крылья такой формы, которая давала бы максимальную подъемную силу и минимальный лобовое сопротивление.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее