Výpočet lopatek pro větrné turbíny
Listy rotoru větrné turbíny přijímají energii z větru a tím jej zpomalují.
Odolávají větru a vítr je udeří stejnou silou.
Tělesa v proudění vzduchu vytvářejí sílu namířenou proti vektoru rychlosti, tzv táhnout
Tlaková síla byla používána v prvních větrných turbínách.
Je snadné si představit, jak tato síla působí
pohybovat štíty, ale takové větrné mlýny velmi pomalu se pohybující a čepele,
které se pohybují proti větru, proti rotaci. V aerodynamice se správně nazývá tlaková síla síla podle rychlosti letu.
Síla tlaku se často nazývá odporová síla. Při používání tohoto termínu nesmíme zapomínat, že odporová síla je ve skutečnosti směrována opačným směrem, proti větru.
Tlak je síla větru směrovaná ve směru proudění.
Ale je tu další tzv. síla „zdvihací síla“ který je vždy nasměrován v pravém úhlu ke směru větru
Lopatky větrného mlýna s horizontální osou se nemohou pohybovat ve směru větru, takže nemohou těžit ze síly větru. Místo toho používají výtah.
Strana 2
na výpočet čepele nutný
identifikovat šířka tětivy и úhel ostří β v několika sekce po délce čepele.
V každé sekci je nutné určit správný tvar lopatky, abychom získali nejlepší sílu (vztlak) z každé části větru, kterou se tato sekce bude zabývat.
Proces výpočtu nejlepšího zatížení a jeho odpovídajícího nejlepšího profilu, známý jako metoda konečných prvků. považuje čepel za soubor jednotlivých prvků.
Lopatkový prvek, umístěný ve vzdálenosti r od středu, pracuje v úzkém prstenci z celé zametané plochy a vykonává práci na zpomalení své části vzduchu s maximální účinností v souladu s Betz kritériem.
Oblast prstenu foukaná větrem
Jeho obvodová rychlost bude (r/R)ZV, kde Z je rychlost, kterou jsme zvolili
Rychlost volného toku, které čepel ‚cítí‘, budeme nazývat pravý vítr. Je určena rychlostí (velikost a směr) setkání lopatky s molekulami vzduchu.
Obvodová rychlost lopatky musí být přidány k rychlosti větru, aby se získala rychlost volného proudění, skutečný vítr, který určuje obvodovou rychlost platnost Působím na čepel v rovině otáčení.
Tlaková síla namířeno proti pohybu čepele.
Zvedací síla napomáhá pohybu čepele.
Obě síly působí na čepel a naopak zpomalují vítr
Strana 3
Výpočet vztlakových a tlakových sil.
Kde:
ρ – hustota vzduchu 1,29 kg/m 3 Při 0 o C na hladině moře.
S – plocha čepele m2,
V je vstupní rychlost proudění m/s.
Zvedací a tažné síly závisí na vztlakové koeficienty s y a koeficient odporu c x , které zase závisí na použitém v čepeli profil и úhel náběhu α, pod kterým proudění naráží na čepel.
Jsme zvyklí spíše na mapy letectva, které jsou tady všude.
Akordová linie nejdelší čára v profilové části spojující špičku a odtokovou hranu.
Úhel náběhu α je úhel mezi vektorem příchozího proudění a tětivou lopatky.
Nemůžeš vypočítat koeficienty vztlaku a odporu. Jsou měřeny experimentálně v aerodynamické tunely a součástí profilových atlasů.
Zde je typický graf součinitele vztlaku s y , v závislosti na úhlu náběhu α.
S rostoucím úhlem náběhu se zvyšuje také zdvihací síla, dokud nedosáhne bodu zastavení toku.
Proud vzduchu se odtrhává od povrchu profilu v zadní části křídla.
Vztlak klesá a brzdná síla se rychle zvyšuje.
Většina rovinných těles poskytne podobný typ grafu y (a). Ale zakřivené profily poskytnou větší poměr с y /c x .
Strana 4
Při návrhu rotoru vzduchové turbíny bude úhel α záviset na skutečném úhlu větru ψ, a tedy úhlu lopatek β.
Při změně α tedy řídíme zdvihovou a tažnou sílu listu.
Musíme optimalizovat zdvih, ale čepel nebude fungovat dobře, pokud nebude brzdná síla minimalizována.
Pro každý profil křídla je nutné určit úhel náběhu, pro který je poměr Cy/Cx, nazývaný v aerodynamike aerodynamická kvalita, nejvyšší.
Nalezení přesné hodnoty optimálního úhlu α může být matoucí proces, protože síly vztlaku a odporu závisí na řezu a na Reynoldsově čísle (které zase závisí na velikosti tětivy a rychlosti čepele).
REYNOLDS ČÍSLO = 68 500 x DÉLKA TĚNU (m) x SKUTEČNÁ RYCHLOST (m/s)
Pokud b = 0,07 ma Z = 5 a V = 5 m/s, pak je skutečná rychlost 25 m/s a Re = 120 000
Vlevo jsou dva grafy profilu NACA 4412 pořízené pro různá Reynoldsova čísla.
Levý graf ukazuje závislost Cy(α).
Pravý graf ukazuje závislost Cy(Cx).
Tangenta úhlu sklonu přímky procházející počátkem souřadnic se rovná poměru zdvihu a tažení (poměr Cy/Cx).
Pokud nakreslíme tečnu ke křivce odpovídající libovolnému Reynoldsovu číslu, pak tato tečna ukáže maximální možný poměr zdvihu a tažení pro dané Re.
Pro NACA 4412 tento tečný bod odpovídá Cy přibližně 1 a a 6.
Všimněte si, že nízká čísla Re mají za následek nízké hodnoty Cy a nízký poměr zdvihu a odporu, což vysvětluje problémy vrtulí s úzkými listy při slabém větru.
Existují další profily (ClarkY a K2), které fungují lépe při nízkých Reynoldsových číslech.
Téměř všechny profily mají nejvyšší aerodynamickou kvalitu při úhlu náběhu 5 stupňů. Pokud jsou charakteristiky profilu neznámé, můžeme předpokládat, že instalační úhel lze vypočítat jako