Оценка эксплуатационных характеристик новой ветротурбины с вертикальной осью с соосно вращающихся в концепции Краткое изложение
жүктеу/скачать 1,82 Mb.
|
Аударма
| 3. Теоретическая формулировка
3.1. Крутящий момент и мощность Ротора Движение любой жидкости по существу является производным от взаимодействия основных физических принципов массы, импульса и энергии. Динамическая мощность, имеющаяся в ветровом потоке, пропорциональна кубу скорости свободного потока. В то время как крутящий момент, ответственный за фактическую мощность турбины, извлекается из ветра за взаимодействие между Ротором и ветром. Мощность и крутящий момент Ротора обычно рассчитываются для того, чтобы оценить общую производительность ветряной турбины. Таким образом, мощность, полученная в результате механического крутящего момента, PW и теоретическая мощность, имеющаяся в ветре, PT даны соответственно в уравнениях (1) и (2) ниже: (2) где -скорость вращения ротора, r-плотность воздуха, S-площадь стреловидности, проецируемая турбиной в направлении ветра, а -скорость свободного потока ветра. Между тем фактический механический крутящий момент от ветротурбины ТМ вычисляется по методу динамометра тросового тормоза [18] и приводится в уравнении (3). где W-вес груза, S-показания пружинного баланса, -радиус вала, а -радиус нейлоновой струны. Однако в процессе преобразования энергии ветра возникают значительные потери из-за аэродинамических эффектов, таких как шероховатость лопасти, эффект следа, потеря ступицы и потери наконечника и т.д. из которых снижают КПД ветрогенератора. Поэтому, согласно теории Бетца (предел Бетца), максимально возможный коэффициент преобразования Ротора ветротурбины составляет 59,3% [18]. Таким образом, максимальная извлекаемая мощность Pext от ветра задается следующим образом: (4) Поскольку теория Бетца ограничивает максимальную теоретическую мощность, которую может генерировать идеальный Ротор ветротурбины, для оценки общего состояния ветротурбины выводятся два важных параметра: коэффициент мощности Ротора Cp и коэффициент крутящего момента. Коэффициент мощности или коэффициент полезного действия, как указано в уравнении (5), представляет собой безразмерную величину, которая представляет собой КПД и производительность ветряной турбины. Он определяется как отношение извлекаемой или фактической мощности к теоретической динамической мощности, доступной в ветре. (5) В то время как отношение между фактическим механическим моментом, ТМ, развиваемым Ротором, и теоретическим моментом, ТТ называется коэффициентом крутящего момента (КТ ) и задается формулой: Кроме того, чтобы выразить коэффициент мощности Cp в терминах как скорости ветра свободного потока, , так и скорости вращения лопасти, ω определяется параметр, называемый отношением скорости наконечника (TSR). Это отношение между восходящей скоростью наконечника лопасти к скорости ветра в свободном потоке. Это также основной и решающий шаг в проектировании лопастей ветротурбин и генераторов [14]. Для лопасти радиуса R ТСР определяется как: где U-скорость наконечника, и она определяется как: Таким образом, соотношение между коэффициентом скорости наконечника и безразмерными аэродинамическими коэффициентами приведено ниже: жүктеу/скачать 1,82 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|