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

__________

 

 

 

Дешовое изготовление дисконтных карт печать.

>>Ветроэнергетика

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

Аэродинамические свойства плоской пластины и желобка

Часть первая. Немного теории и поляры плоских пластин и желобков

Часть вторая. Теоретические представления времен Ньютона.

Часть третья. Таблицы данных для построения поляр.

Немного теории и поляры плоских пластин и желобков

     У людей впервые сталкивающихся с ветряками часто создается впечатление, что плоская тонкая лопасть создает меньшее сопротивление потоку, чем объемные авиационные профили или лопасти, выполненные из желобков. На заре возникновения аэродинамики в 1870 -1910 годах этот вопрос был тщательно изучен всеми без исключения аэродинамическими лабораториями. Мир в течении полувека буквально фонтанировал аэродинамическими открытиями. Плоская пластина представляет собой удобный объект для математического анализа, так же, как и желобок. Поэтому испытания вызывали, кроме практических приложений, еще и острый теоретический интерес

     Продолговатая пластина закреплялась под разными углами α, и с помощью точных весов измерялись силы, действующие на пластину вдоль и поперек потока. Размер пластинки вдоль потока b называется хордой. Угол α называется в аэродинамике углом атаки. Силы: Fx - силой лобового сопротивления, FYподъемной силой, а суммарную силу FR полной аэродинамической силой. Полная аэродинамическая сила направлена к поверхности пластины под углом близким к 90 градусам. Надо заметить, что сила лобового сопротивления, исходя из ее названия, должна быть направлена в другую сторону, навстречу ветру. И в учебниках пытаются ее заменить на правильные термины «Сила по потоку» или «Сила напора». Но в практике правильные термины не приживаются и эту силу так и продолжают называть силой лобового сопротивления.

     Эти аэродинамические силы оказались пропорциональными квадрату скорости потока. Квадратичная зависимость указывает на то, что сила возникает за счет остановки (торможения) потока. Т.е. за счет уменьшения кинетической энергии потока.
     А есть ли вообще что-либо необычного в том, что тороможение потока зависит от квадрата скорости, т.е. что в аэродинамике главенствует кинетическая энергия? Разве может быть по-другому? Да, может. Например, в очень разреженном газе сопротивление движению пропорционально первой степени движения. Молекулы воздуха, отражаясь от движущейся пластины, улетают прочь. Происходит упругий удар. И на первый план выходит не кинетическая энергия, а импульс движения.

    Рассмотрим пластинку, поставленную поперек потока α = 90о

     Кинетическая энергия воздушного параллелепипеда

 

где: ρ – плотность воздуха

1,29 кг/м3 на уровне моря при 0оС

1,25 кг/м3 на уровне Москвы при 0оС

1,19 кг/м3 на уровне Москвы при 15оС

1,28 кг/м3 на уровне Москвы при -5оС

 

     Энергия равна произведению силы на расстояние

 

 

     Откуда сила при торможении нарисованного объема воздуха

 

     Такая сила возникнет, если будет тормозиться весь набегающий воздух. На практике же сила, действующая на плоскую пластинку, поставленную поперек потока, на несколько десятков процентов больше, чем дает эта формула. Вдоль краев пластины возникают буртики уплотненного воздуха, которые мешают проходу потока и как бы увеличивают площадь пластины. Вместе с тем есть тела обтекаемой, каплеобразной формы, сопротивление которых в тридцать раз меньше сопротивления пластины при равном миделе (площади поперечного сечения). Но и для них зависимость силы от скорости квадратична. Поэтому по результатам измерений высчитывают коэффициент, показывающий во сколько раз сила на испытуемый объект больше (меньше), чем в рассмотренном в формуле (1) идеализированном случае. И результаты измерений публикуются в виде аэродинамических коэффициентов лобового сопротивления C x и подъемной силы C Y . Длины этих коэффициентов на графике будут пропорциональной длины к соответственным силам.

     Зная эти коэффициенты, можно посчитать силы, действующие на тело подобное данному, при том же угле установки пластины к ветру, (этот угол называется углом атаки) но при другой площади тела, другой скорости ветра и другой плотности.

 

 

 

 

      Особенность формул состоит в том, что коэффициенты рассчитываются не на мидель, а полную площадь пластины, профиля и поэтому в расчет всегда подставляется полная, площадь крыла, лопасти. Т.е.

 

 

     В аэродинамике важное значение имеет удлинение пластины, т.е. отношение ее длины к хорде.

 

 

С увеличением удлинения растут и подъемная сила и лобовое сопротивление, но на малых углах атаки подъемная сила растет быстрее, что выгодно в авиации. Самолет Можайского имел удлинение крыльев всего 1,6, что в существенной мере обусловило неудачу проекта.

     Жуковский в своих лекциях по теории аэроплана в 1912 году приводит данные исследований Прандтля, Эйфеля и Рато. Прандтль проводил свои исследования в аэродинамической трубе. Эйфель проводил свои испытания на Эйфелевой башне, изготовив установку для свободного падения пластин. Рато – я не знаю, как он проводил опыты.

     Графики для плоских пластин.

      Из графиков хорошо видно, что с удлинением пластины растет Cy при малых углах атаки. У Рато самые короткие пластины и подъемная сила меньше. Лопасти в ветряках и крылья в самолетах работают на малых углах атаки, поскольку при увеличении угла атаки резко растет лобовое сопротивление, которое тормозит самолет. Данные лобового сопротивления для пластин по справочнику ЦАГИ 1937 года резко отличаются от других графиков. Но более свежих данных из аэродинамических труб у меня нет.

      На графиках проявилась известная закономерность для пластин: при угле атаки в 90 градусов более длинные пластины имеют большее лобовое сопротивление. Для бесконечно длинных пластин перпендикулярных потоку коэффициент лобового сопротивления достигает 2. Кривые Горлина скорее всего относятся к очень длинной пластине. (Горлин С.М. Экспериментальная аэродинамика МВШ 1970г)

Данные для пластин перпендикулярных потоку:

λ = бесконечн. Cx =2

λ = 20 Cx =1,4

λ = 10 Cx =1,3

λ = 5 Cx =1,22

λ = 2 Cx =1,16

λ = 1 Cx =1,1

     

 

      В авиации и ветряках большее распространение имеют поляры, как сокращенно называют зависимости Cy ( Cx ) в полярных координатах.

     Поляры на этом рисунке выявляют следующие закономерности. Дужки имеют преимущество по подъемной силе и лобовому сопротивлению перед плоскими пластинами при одинаковом удлинении. На полярах очень хорошо просматривается закономерность: рост подъемной силы вместе с ростом кривизны дужки. Кривизна дужки измеряется в процентах, как отношение глубины прогиба к длине хорды. С ростом кривизны дужки при малых (0 – 3 градуса) углах атаки начинает расти ее лобовое сопротивление. Оно становится больше, чем у плоской пластины. Данные у Жуковского пришлось снимать с литографированных лекций не слишком высокого качества, поэтому точность вышеприведенных поляр не слишком высока.

 

      Поляры плоской пластины и желобков приводит Альберт Бетц в своей книге Энергия ветра и ее использование посредством ветряков 1926г. Но, к сожалению там не указано удлинение лопастей и число Рейнольдса. Обычно поляры приводятся с разным масштабом осей. Ось Cx имеет масштаб в 5 раз более крупный, чем Cy.
      На полярах видно, что лобовое сопротивление плоской пластины при малых значениях подъемной силы меньше, чем у желобка. Но в авиации главное значение имеет отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению, а оно значительно больше у желобков. Это отношение имеет название аэродинамического качества и обозначается буквой К. Если провести касательную к поляре из центра координат, то точка касания придется на максиально возможное значение этого коэффициента. Точки К1 = 0,4/0,04 = 10, К2 = 0,73/0,02 = 36,5, К3 = 1,3/0,045 = 28,9. Чем наклон касательной круче, тем аэродинамическое качество выше. Поэтому поляра удобна в авиации тем, что по наклону кривой сразу позволяет визуально оценить затраты мощности на полет. Если установить крыло под углом атаки, которое даст точка касания, то планер будет иметь наибольшую длину планирования. Для самолета минимум затрат энергии для полета наступает тоже близко к этой точке. Высшее аэродинамическое качество имеет желобок со стрелкой прогиба в 5%. Желобок 10% несколько уступая в аэродинамическом качестве, имеет в 1,5 раза большую подъемную силу, что важно для взлета и посадки, когда скорости самолета стремятся сделать возможно меньше с целью уменьшения посадочной полосы и безопасности полета. В ветряках аэродинамическое качество профиля определяет максимально возможную быстроходность ветряка.

     Если изобразить поляры Бетца в одинаковом масштабе осей и провести скоростную прямую Z = 5, то хорошо видно, что пластина едва ли сможет работать на быстроходности 5, ее окружной коэффициент показанный красным отрезком очень мал, следовательно, лопасти должны быть широкими с большими потерями. Желобки же обеспечивают окружной коэффициент большой, на уровне совершенных аэродинамических профилей. С ростом быстроходности ветряка ширина лопастей уменьшается. Поэтому ширина лопастей, сделанных из плоской пластины, будет в несколько раз больше чем у лопастей из желобков. Что такое скоростная прямая и как ее строить можно посмотреть в этой статье.

Достоинство желобков и в том, что они могут успешно работать при малых числах Рейнольдса, что характерно для небольших любительских ветряков. Плоская пластина работает на числах Рейнольдса даже меньших, чем желобок, но невозможность построить на плоских профилях быстроходный ветряк уменьшает скорость вращения, а значит и число Re для плоских пластин. Поэтому одно преимущество у плоских профилей вряд ли перевесит его недостаток.

     Сравнительный анализ поляр для плоских и изогнутых парусов дает Ч Мархай. Попробуйте поискать в Интернете.

     Также можно найти поляры в книге Лилиенталя "Полет птиц..."

      Геттингенская лаборатория в Германии произвела в начале того века очень широкие исследования по изогнутым дужкам, напоминающим крылья птиц. Данные по одному из профилей Goe 417 A приведены ниже. На полярах можно хорошо отследить влияние числа Рейнольдса на характеристики профиля. При уменьшении числа Рейнольдса увеличивается лобовое сопротивления и падает аэродинамическое качество. Поляры приведены для профиля, т.е. для бесконечного удлинения. Для крыла, т.е. для профиля имеющего конечную длину поляры наклонятся вправо (на рисунке не показано) и влияние числа Re еще более возрастет.

 

 

    В третьей части даны числовые данные графиков, помещенных в эту статью. 

29 ноября 2007г.
Розин М.Н.

Часть вторая

 

 

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