Сайт малая энергетика Розин М.Н. Будяк Д.В.


Украина

Минск - это не договор, а акт о капитуляции

Какая идеология склеит Украину

Безвиз, Киевская Русь и украинский этнос

Украина не станет аграрной державой. Чипореволюция.

Как выдать пенсии пенсионерам на Донбассе?

Мифы украинской энергореформы

Тревожное будущее с/х Украины

Дефицит бюджета Украины 35 - 74 %

Импотентность украинского государства и общества

Как утеплить жилище? 87 предложений

Крах сельского хозяйства

87 предложений по утеплению квартиры

Главная

Пара слов об авторе

Что такое киловатт-час?

Потребление энергии в частном доме

Правда жизни: без топлива - никак

Возможен ли вечный двигатель?

Как искать патенты

Энергия ветра

Самодельный генератор на постоянных магнитах

Самодельный ветряк с лопастями из шпона

Статья о древесных гранулах и сравнении их с другими видами топлива

Самодельная ветроустановка с вертикальной осью вращения

Самодельный трех лопастный ветряк с автомобильным генератором переделанным на постоянные магниты

Самодельный автоматический котел на древесных гранулах

Самодельный ветряк с лопастями из алюминиевой трубы с самодельным генератором

Самодельный тихоходный ветряк

Схема электрическая тихоходного ветряка

Самодельный ветряк с самодельным генератором

Ветряк в сельском доме - опыт и раздумья

Книги, архивы метеоданных

Наш ветряк с задней ступицей от ВАЗ-2109, доклад, авг 2012, pdf

Наш ветряк - доклад, фотографии и смета (zip)

Возобновляемая энергетика на Родосе

Теория идеального ветряка или в чем ошибка Владимира Сидорова

Знак вопроса

Перевод инструкции к программе Profili

Быть или не быть?

Ветрогирлянды

Что такое число Рейнольдса?

Теория паруса

Теория идеального ветряка

Расчет лопастей ветряка

Старинный ветряк, сохранившийся в курском областном музее.

Вопросы по расчету лопастей

Расчет минимального ветра, необходимого для страгивания ветряка

Концентраторы ветрового потока

Ветровая энергия для дома

Оптимальный угол атаки в ветряке

Винт-турбина

Поляры плоской пластины и желобков, а также GOE417A

Как изготовить деревянные лопасти для ветряка

Программа для трансформации профилей

Идеальный коэффициент использования энергии ветра.

Г. X . САБИНИН ТЕОРИЯ ИДЕАЛЬНОГО ВЕТРЯКА

Программа для расчета потерь напора

Парашютный ветряк

Энергия воды

Энергия равнинных рек - что ждать?

Самодельная мини гидроэлектростанция Кимкетовых

Принцип работы гидротарана и расчетные формулы.

Статья из довоенной технической энциклопедии про гидротаран.

Самодельная микро ГЭС. Часть 1. Напорная установка

Теория и расчет напорной микро ГЭС

Теория и расчет пропеллерной проточной микро ГЭС

Турбина Пельтона. Физика работы и основные формулы.

Энергия Солнца

Несколько слов об энергии Солнца

Возобновляемая энергетика на Родосе

Электрооборудование

Сложности при изучении магнетизма.

Как измерить характеристики неизвестного магнита?

Расчет магнитного поля в железе генератора.

Расчет бандажа для постоянных магнитов

Электрогенераторы ВИНДЭК для ветряков и микро ГЭС

Электрические характеристики велосипедного генератора

Электрические характеристики генератора Г303В

Определение внутреннего сопротивлениия генератора

Устройство автомобильных генераторов

Книги и ссылки

Авторское право

Карта сайта

__________

 

 

 


>>Ветроэнергетика

Ерохин Владимир Викторович - математик из Тореза
Уникальное открытие. Ерохин В.В. из Тореза нашёл продольную силу в магнетизме Подробнее

Об оптимальном угле атаки пропеллерного ветряка

     В методиках по расчету ветряков встречается рекомендация задаваться углом атаки, при котором достигается максимальное аэродинамическое качество лопасти. Т.е. предлагается строить касательную к поляре из начала координат, и координаты точки касания принимать за исходные для расчета ветряка. Скорее всего, имеется в виду аналогия с авиацией, где с увеличением отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению растет продолжительность планирования самолета. Или предлагается использовать лопасти с максимальной подъемной силой. Работа ветряка происходит по другим законам.

Рис. 1 Аэродинамические силы в ветряке.

На рис.1 представлена схема воздействия аэродинамических сил на лопасть. Скорость ветра при подходе к ветряку замедляется на некоторую величину a , которая по теории Жуковского (Бетца) равна 2/3, а по теории Сабинина 0,586. Окружное движение лопастей дает дополнительную составляющую скорости, которую можно найти, если считать лопасти неподвижными, а воздух движущимся в противоположном вращению направлении. Эти две составляющие складываются по правилу треугольника и дают суммарный вектор набегания потока на плоскость ветроколеса. Скоростной угол ψ определяется отношением a / Z и не зависит от скорости ветра:

     Здесь и далее все расчеты ведутся для кончика лопасти. Для других сечений необходимо заменить везде в формулах Z на выражение Zr / R , где Z – быстроходность определяемая, как отношение скорости ветра к скорости кончика лопасти; R – радиус ветряка; r – радиус выбранного сечения.

     Скоростной угол ψ складывается из угла атаки α и угла установки лопастей β. Угол атаки находится по характеристикам лопасти, поэтому, задавшись быстроходностью ветряка, удается задачу расчета лопастей сделать однозначной.

     Набегающий на лопасть поток вызывает две силы: силу лобового сопротивления X , направленную навстречу потоку, и подъемную силу Y , перпендикулярную ему.

где:

C X , C Y – коэффициенты лобового сопротивления и подъемной силы;

ρ – плотность воздуха;

S – площадь элемента лопасти;

V наб . – величина вектора набегания, который в свою очередь равен:

     Последнее слагаемое в скобках очень мало, и в быстроходных ветряках скорость набегания практически равна окружной скорости лопасти.

      Окружная сила получается как разность проекции подъемной силы и проекции лобового сопротивления на плоскость вращения.

или

     Выражение в последних скобках можно назвать аэродинамическим коэффициентом окружной силы или кратко окружным коэффициентом

Мощность ветряка есть произведение окружной силы на окружную скорость

     (Эта формула дает не мощность ветряка, а мощность элемента лопасти, расположенной на кончике. Мощность ветряка вычисляется интегрированием по радиусу, но цель статьи в другом.)

Рис. 2 Нахождение коэффициента окружной силы.

Рассмотрим поляру лопасти на рис.2.

     Проведем к поляре касательную OA . И построим скоростную прямую OZ , которая задается уравнением

Т.е. скоростная прямая образует с осью Cy скоростной угол ψ, рассмотренный ранее.

OB равно величине подъемной силы в точке А. Следовательно:

      Угол ABD равен углу ψ, а гипотенуза AB есть коэффициент лобового сопротивления в точке A . Поэтому катет BD равен:

Отрезок DE есть разность двух отрезков

      Получилось то же выражение, что и в формуле мощности ветряка. Все остальные составляющие в формуле мощности заданы, поэтому мощность определяется этим отрезком или, иначе говоря, расстоянием от скоростной линии OZ до рабочей точки. Из графика видно, что коэффициент Сокр максимален в точке касания скоростной линии Z’ к поляре, а не в точке максимального аэродинамического качества. Поэтому, задавшись быстроходностью и построив скоростную линию, можно наглядно анализировать работу ветряка.

 

Профиль ЦАГИ Р -ll-12

 

Рис. 3 Профили ЦАГИ Р- ll -12 и CLARK - Y

      На рис. 3 приведен профиль ЦАГИ Р- ll -12, наложенный для сравнения на популярный в ветряках профиль CLARK - Y. Поляра профиля ЦАГИ Р- ll -12 для удлинения 5 приведена на рис. 4

Рис.4 Поляра профиля ЦАГИ Р- ll -12

      Поляра слева приведена в обычном виде с разным масштабом по осям координат. На правой поляре, вычерченной в одинаковом масштабе, выполнены те же построения. Скоростная прямая при Z = 2 дает максимум окружного коэффициента при угле атаки в 16о. Точка максимального аэродинамического качества достигается при угле атаки в 2 градуса. В этой точке окружной коэффициент примерно в три раза меньше чем в точке оптимума. Безусловно, в ветряке можно выбрать за рабочий угол атаки 2 градуса. Мощность ветряка зависит от энергии ветра. Поэтому уменьшившийся в три раза окружной коэффициент необходимо будет компенсировать, увеличив в три раза хорду лопасти. (Рассматривается идеализированный случай) В квадрате, в 9 раз, возрастет объем лопасти. При увеличении площади увеличиваются потери на трение. Падает КИЭВ. Уменьшается удлинение лопасти, возрастает ее индуктивное сопротивление. В точке максимального аэродинамического качества ветряк лучше согласован по степени торможения воздуха в плоскости ветряка и величине окружной силы. Согласование повышает КИЭВ. Поэтому расчет должен вестись с учетом всех факторов. Здесь рассматривается только величина окружного коэффициента и зависящая от нее напрямую ширина лопасти.

      При увеличении быстроходности точка оптимума (по минимуму ширины лопасти) приближается к точке максимального аэродинамического качества. При быстроходности 6 и угле атаки 8о выигрыш в окружном коэффициенте, а значит и в ширине лопастей по сравнению с 2о , составляет 1,5 раза. Но из анализа поляр следует вывод, что при больших значениях быстроходности есть смысл выбирать рабочую точку ниже по поляре. При недостаточной нагрузке или отсутствии нагрузки в аварийном режиме ветряк набирает скорость, идет в разнос. Скоростной угол уменьшается, а поскольку угол установки в нерегулируемых ветряках остается постоянным, то уменьшается угол атаки. Рабочая точка смещается вниз, а скоростная прямая приближается к поляре. При некоторой быстроходности окружной коэффициент станет равным нулю. Наступление этого момента (граничная величина Z ) при разносе зависят от начального положения рабочей точки. Чем начальная точка выбрана ниже, тем меньшую скорость разноса наберет ветряк. Но это утверждение надо проверить на практике.

      При построении скоростной прямой Z = 6 хорошо видно, что поляра в диапазоне углов атаки от 3 до 12 градусов идет почти параллельно скоростной прямой. Это дает объяснение тому, что применение разнообразных теорий и концепций по расчету ветряков, практически не сказываются на работе спроектированного быстроходного ветряка.

      Сечения лопастей, расположенные ближе к оси, движутся медленнее, чем внешние сечения, поэтому их скоростные прямые лежат ниже. У внутренних сечений точка оптимума, т.е. максимальное значение окружного коэффициента, лежит на больших углах атаки, поэтому угол установки и крутка лопастей, сложная в техническом отношении, уменьшается.

Максимум-максиморум

      В результате построения скоростных прямых получается семейство оптимальных точек для разных быстроходностей. Какая из этих точек является самой оптимальной? Какую быстроходность надо предпочесть? В формулу мощности ветряка быстроходность Z входит в третьей степени, а окружной коэффициент в первой. Поэтому, перемножив окружные коэффициенты на соответственные им кубы быстроходностей, получим ряд максимумов, из которых можно выбрать максимальный. Максимум-максиморум лежит примерно в районе половинного аэродинамического качества, при быстроходности

      Здесь К – это максимальное отношение Cy / Cx . Для рассматриваемого профиля максимум наступает при угле атаки 2 градуса и равен 24.

      У данной лопасти аэродинамическое качество равно 24, следовательно, максимум-максиморум будет в районе Z = 10. Эта оценка приблизительная, для того, чтобы понимать порядок величин.

      По левому графику на рис.4 проводить построения окружного коэффициента нельзя. Там разный масштаб по осям, искажаются прямые углы и искажаются длины. По правому графику можно определить, что

при Z =2 произведение Z3Cокр равно:

0,27*23 = 2,16

При Z = 6

0,05*63 = 10,8

При Z = 10

0,025*103 = 25

      Т.е. при быстроходности Z = 10 ширина лопастей на кончике уменьшается по сравнению с довольно быстроходным пропеллером Z = 6 в 2,3 раза.

     Еще раз обращу внимание, что точка максимум-максиморума дает миинимальную ширину лопастей, а не максимальную мощность. Мощность определена ветром. И еще мощность определена потерями, т.е. КИЭВ ветряка, которые здесь не рассматриваются.

Розин МН
15 октября 2007 г.


 

Украина

Минск - это не договор, а акт о капитуляции

Какая идеология склеит Украину

Безвиз, Киевская Русь и украинский этнос

Украина не станет аграрной державой. Чипореволюция.

Как выдать пенсии пенсионерам на Донбассе?

Мифы украинской энергореформы

Тревожное будущее с/х Украины

Дефицит бюджета Украины 35 - 74 %

Импотентность украинского государства и общества

Как утеплить жилище? 87 предложений

Аккумулирование

Аккумулирование и локальные энергосети

Электроэнергия из теплоаккумулятора

Газовые аккумуляторы

Энергия смешивания воздуха с водой

Энергия из воздуха: список ссылок и патентов"

Моя модель энергетической башни (видео)

Дождливые башни - не всё так страшно

Дождливая башня превращается в ледянящую

Электричество из тепла

Правда жизни: без топлива - никак

Промышленно выпускавшиеся двигатели Стирлинга

Двигатель стирлинга мощностью 44 вт

Моя программа расчёта Стирлинга

Книга Уолкера по двигателям Стирлинга

Расчёт криокулера с циклом Стирлинга (djvu)

Модельный Стирлинг из пробирки

Ищем активные сообщества по Стирлингам

Как сделать маленькую паровую машину, 1913 год

Как сделать мощную паровую машину, 1913 год

Мощные промышленные паровые машины Spilling, pdf

Термоэлектричество

Теория вихревых турбомашин, tif

Сайт Дубинина В.С.

ДВС

Вода в бензине - из истории вопроса

Взрыв пыли - к вопросу о твёрдотопливном ДВС

Проектируем свой Стирлинг

Заглавная страница проекта Стирлинга

Про уплотнения из графита

Отчёт о состоянии проекта – июнь 2015

Техническая концепия системы

Экономическая концепия проекта

Водород в двигателе Стирлинга

Журнал изменений проекта

Ищем активные сообщества по Стирлингам

Моя программа расчёта Стирлинга

Самодельные топливные элементы

Топливные элементы с прямым окислением угля (DCFC)

Оригинальная статья автора изобретения (1896 год) в Русском переводе

Опыты фирмы SARA

Обзор зарубежных публикаций

Мои опыты по DCFC в 2005 г.

Состояние работ на сентябрь 2010 года

Лабораторная работа N1 (Open Office)

Дневники некоторых опытов

Методичка по изготовлению уголька(Open Office)

Программы для управления экспериментом

Программирование

Программы для опытов по DCFC/УТЭ

Введение в Common Lisp для профессионалов Delphi/SQL

Мой старый .emacs (utf-8)

Примеры метапрограммирования в программе Mathematica

__________


К началу страницы