Жел туpбинa элементтеpінің физикалық теңдеулеpі
Қазіргі заманғы жел турбиналарының тиімділігі ауа ағынындағы жел доңғалағының сыпырылған бетінің бірлік ауданынан жел энергиясын пайдалану коэффициентінің мәнімен анықталады. Сондықтан олардың дизайны аэродинамика, машина теориясы, материалтану және т.б. қазіргі заманғы білімге негізделген ең жоғары технологиялық өндіріс санатына жатады .Дәстүрлі жел электр қондырғысы (жел турбинасы) 1904 жылы француз инженері (натуралист) Дарье ойлап тапқан, оське параллель орналасқан тік бұру білігін жұмыс қанаттарымен (сонымен қатар симметриялы профильмен) байланыстыратын, аккордқа (максимумға) қатысты симметриялы профильді ұшақ қанаттарының түрінен тұрады. айналдыру. Қанаттар жазықтығы (max) горизонтальды және олардың айналу жазықтығында жатыр. Негізгі ерекшелігі: Дарье жел турбинасы жел бағыты өзгерісіне реакциясыз жұмыс істейді. Пышақтардағы жел ағынының әсерінен көтеру күші мен аэродинамикалық тарту күштері пайда болады. Көтеру күші роторды айналдырып, пышақтарға оң әсер етеді. Қарсылық күші теріс. Қондырғының жұмысы үшін бұл күштердің тиімді мәні «бірлік жылдамдығы» деп аталатын Z параметріне тәуелді.
Жел жылдамдығының параметрі келесідей анықталады
мұндағы - ағын жылдамдығы - пышақтың сызықтық жылдамдығы, -ротордың бұрыштық айналу жылдамдығы, - радиус, біліктің айналу центрінен пышаққа дейінгі қашықтық.
19-сурет. Аэродинамикалық күштердің пышақтың профиліне әсер ету схемасы.
Rx, Ry концентрацияланған көздер түріндегі Оx және Оy осьтеріндегі орташа тартылатын күштер мен пышақты көтеру күшінің (қарсы бағытта) проекциясы қозғалыс теңдеулерінің оң бөлігіндегі жел ағынына тұрақтылықтың аэродинамикалық күші ретінде алынады.Осы массалық күштерді анықтау үшін алдымен бұрылдың бұрышы және жылдамдығы анықталады, ал көтеру және тарту күштерінің коэффициенттері тек бұрылу бұрышына тәуелді (19-суретті қараңыз).
(17)
Жергілікті жылдамдықты енгізе отырып, біз аламыз
(18)
Аэродинамикалық күштерді анықтау үшін 2-суретте көрсетілгендей бірлік векторларды енгіземіз: - салыстырмалы жылдамдық векторының бойына бағытталған бірлік кедергі векторы және - оған перпендикуляр бағытталған бірлік көтеру векторы.
Аэродинамикалық күштердің элементар компоненттері:
а) профильді көтеру:
(19)
мұндағы - көтеру коэффициенті, h - профильдік аккордтың ұзындығы,
б) қарсылық күші
(20)
Бұрылу бұрышының формулалары ретінде коэффициенттері 0- 360 градус интервалында шамалары үшін қолданылатын профильді үрлеу нәтижелері болып табылады.
Есептеулерді жүргізу үшін біз NASA-0021 қанат профилінің аэродинамикалық сипаттамаларына сүйене отырып, тік (CL) және сүйреу (CD) коэффициенттерінің бұрылу бұрышына тәуелділігі бойынша өңделген және алынған эмпирикалық формулаларды алдық. NASA-0021 қанаты профилі үшін көтеру коэффициенттерінің (CL) және тарту күштерінің (CD) мәліметтерін өңдеу нәтижелері 7 суретте көрсетілген.
Ромб, шаршы - NASA-0021 профилі үшін [9] -ден алынған тәжірибелік мәліметтерКөріп отырғанымыздай, 7-суреттен NASA тәжірибелік деректері (6) және (7) формулаларымен өте жақсы сәйкес келеді.Турбинаның жел жағында индуктивті жылдамдықтың таралуы есептелді. Содан кейін жылдамдық өрісі ауа ағынының артқы жағындағы турбинамен әрекеттесу алдында есептеледі. Ол үшін жылдамдық өрісі турбинаның жел жағымен өткеннен кейін есептеледі. Осы мәліметтерді қолдана отырып, артқы жағында жылдамдықтың индуктивтік таралуы есептелді.
Турбина моментіне өрнектер жазамыз
(21)
мұндағы n - ротор пышақтарының саны, H - жұмыс жүзінің ұзындығы.
Ж
елдің турбиналық қуаты
Жел ротордың жел бөлігіне күшпен келеді,
(22)
Кіріс бөлігінде турбинаның жел жағымен өту кезінде қуаттың жоғалуы ескеріледі, сондықтан
(23)
Сонымен, Darier жел турбинасының желді және жағалы жақтарының жел энергиясын пайдалану коэффициенттері формуламен анықталады
(24)
M1 және M2 моменттерінің мәні, P1 және P2 турбиналарының күші, сондай-ақ N1 және N2 қалақтарға түсетін ағынның қуаты 5 градус қадаммен компьютерде итерациялық әдіс арқылы анықталады.Жоғарыда аталған әдісті қолдана отырып есептеулерді жүргізу үшін Fortran-да итерациялық бағдарлама жасалып, IBM PC-386-да енгізілді. Осы бағдарламаны пайдаланып, H-роторлық турбинаның желдің және қозғалыс жағынан жел энергиясын пайдалану коэффициенттері есептелді. Бұл турбина жылдамдығының деңгейіне (Z) байланысты жел энергиясын пайдалану коэффициенттерінің шамаларын жел жағында да (24) да, қозғалыс жағынан да (24) 2-де табуға мүмкіндік берді.Егер жел энергиясын өндірудің жалпы коэффициентінің тәуелділігі
Жел энергиясын пайдалану коэффициентінің максималды мәні axmax жел күшінен 26% шығарылады. Турбинаның қозғалыс жағынан пайыздық мөлшерде бірдей қуат алынады. Алайда сандық мәндері әр түрлі болады, өйткені жел ағыны турбинаның ілгері жағына жақындағанда, оның турбиналық энергиясының бір бөлігін жел жағына ауыстыру салдарынан желдің қуаты төмендейді.Белгілі жұмыста [30] H-ротордың көмегімен жел энергиясын алу коэффициентінің максималды мәні сәл төмен. Бірақ бұл жағдайда да, 19% пайыздағы бірдей болуы заңды күйінде қалады. Сандық мәндер сәйкесінше
Жел ротордың желге бағытталған бөлігіне энергиямен келеді
(25)
Барлық осы мәндер компьютерде есептеледі және біз әр бөліктің коэффициенттерін аламыз
(26)
Достарыңызбен бөлісу: |
