02 - Энергоэффективные ветротурбины. Оптимизационные расчетные модели.

23.05.17 - 12-59

Энергоэффективные ветротурбины.

Оптимизационные расчетные модели.

нояб. 2014 г. – нояб. 2014 г.

Считается, что вертикально-осевые ветротурбины обладают меньшей энергоэффективностью,

чем широко распространенные скоростные пропеллерные энергоустановки,

но имеют существенные конструктивные и режимные преимущества

и могут достигать большей мощности.

Для углубленного анализа работы таких установок

сформирована универсальная оптимизационная модель взаимодействия регулируемой лопасти ветротурбины

с воздушным потоком, применимая к широкому спектру конструктивных и режимных параметров.

Модель отражает механизм преобразования кинетической энергии воздушного потока

во вращательное движение турбины,

исходя из допущения о суперпозиции действия приложенных сил,

и определяет соответствующие объемы отбираемой из потока энергии (мощности).

Модель позволяет определить кинематику лопастей,

обеспечивающую максимальный отбор энергии потока.

Сформированная на основе модели расчетная методика

позволяет определять оптимальную ориентацию (конфигурацию) лопастей турбины,

рассчитывать абсолютные и удельные (приведенные) показатели отбора энергии

и мощности воздушного потока.

Реализуются возможности, как точного аналитического подхода,

так и многофакторного численного эксперимента.

Показатели оптимальной ориентации лопастей

существенно зависят от профиля лопастей

и скоростного режима турбины.

Выявляются существенные эффекты инверсии лопасти при ее оптимизации,

характеризующиеся скачкообразными изменениями параметров ориентации (конфигурации).

Энергоэффективность турбины с плоскими лопастями

оказывается в целом существенно ограниченной,

из-за продольного лобового сопротивления воздуха.

Применение крыльчатой лопасти

позволяет использовать суперпозицию лобовых и подъемных сил

и выводить турбину на скоростные энергоэффективные режимы.

Предложенное техническое решение

позволяет обеспечить энергоэффективность турбины

путем оптимального регулирования крыльчатых лопастей.

Соавторы:

Владимир Роткин

Юлий Соколовский