Нова теорія допоможе оптимізувати вітропарки

24 августа, 19:10

Лопатки пропелерів та вітрогенераторів проектуються на основі аеродинамічних принципів, описаних математично більше століття тому. Однак інженери давно зрозуміли, що ці формули не завжди застосовні, і ввели на основі емпіричних спостережень поправочні коефіцієнти. Фахівці із США запропонували нову, більш точну фізичну модель руху потоків повітря навколо ротора, яка враховує навіть найекстремальніші умови.

Теорія імпульсу для текучого середовища була розроблена в кінці XIX століття і дозволяє інженерам розрахувати максимальну кількість енергії, яку здатний видати ротор даної конструкції та конфігурації або скільки енергії потрібно виробити, щоб він давав потрібну кількість рушійної сили.

Однак ця теорія майже відразу розбилася про практику, оскільки не змогла передбачити не лише кількість, а й напрям змін осьової сили на високих швидкостях обертання або за інших кутів лопаток. Тому розробки роторів інженерам доводилося вводити в математичні формули поправочні коефіцієнти, засновані на експериментах і особистому досвіді.

Команда вчених із Массачусетського технологічного інституту проаналізувала взаємодію повітряного потоку та турбін за допомогою докладної комп'ютерної моделі аеродинаміки, повідомляє MIT News. Виявивши розбіжності з початковою теорією, вони внесли виправлення, застосувавши фундаментальні рівняння, створені задля передбачення сили тяги тривимірних крил. Після цього виправлену теорію випробували на моделі динаміки рідин та в аеродинамічній трубі.

Нову теорію можна застосовувати для визначення сил, швидкості струменя та потужності ротора, і коли він отримує енергію повітряного потоку, як у випадку вітрогенератора, і коли віддає енергію потоку, як у разі гвинта літака чи корабля. Для операторів вітропарків модель пропонує простіший і швидший спосіб оптимізації безлічі параметрів, які їм доводиться враховувати для того, щоб вітряк працював з максимальною віддачею.

Крім того, формула змінює колишній ліміт значень, тобто стверджує, що вітрогенератори можуть отримувати трохи більше енергії вітру, ніж раніше.

«Тепер, коли ми маємо нову теорію, межа Бетца, яка була емпіричним правилом протягом сотні років, змінилася, — сказав Майкл Хауленд, один із дослідників. — І це можна застосувати практично вже зараз».

Протягом 15 років Японія використовує вертикальні співвісні турбіни протилежного обертання, що виробляють енергію навіть за слабкого вітру. Нещодавно на одному з Гавайських островів вирішили випробувати це рішення.

Источник материала