أثر نص سطحي على الرفع دراج في ويند توربين بلايدز

The Impact of Surface Texture on Lift and Drag in Wind Turbine Blades

وقد أصبحت التوربينات الفائزة تشكل الدعامة الرئيسية لتوليد الطاقة المتجددة، ومع ذلك فإن كفاءتها العامة لا تزال مجالا رئيسيا للتحسين، وفي حين أن شكل القناع والزاوية يتمان على نطاق واسع، فإن تأثير النسيج السطحي على الأداء الهوائي كثيرا ما يقلل من شأن هذه المادة، وتتوسع في كيفية تأثير النسيج السطحي تأثيرا مباشرا على الرفع والسحب - قوات الإدارة التي تحدد مدى فعالية تحويل نصل الرياح إلى طاقة تناوبية.

Aerodynamic Fundamentals: Lift and Drag

الرفع هو التدفق، مقاومة حركة الصدر، في شفرات الريح، الرفع يتجه نحو الريح القادمة، و الذي يولده اختلاف الضغط بين السطحين الأعلى والأدنى، و السحب يُعمل بالتوازي مع التدفق، و مقاومة حركة ال نصل، وفي شفرات التربين الريحية، يُرفع التناوب، بينما يستهلك الجر الطاقة ويخفض الإنتاج، وبالتالي فإن نسبة الرفع إلى الدراج هي وسيلة قياسية:

إن الأورام الهوائية اللوحة شديدة الحساسية لسلوك طبقة الحدود - المنطقة الرقيقة من الهواء المتاخمة للسطح - إن طبقة الحدود اللامعة والمنخفضة تخفض احتكاك الجلد ولكنها عرضة للانفصال بالقرب من الطرف المقطوع، مما يؤدي إلى هبوط مفاجئ في المصعد، ويمكن أن تظل طبقة الحدود المضطربة، وإن كانت أعلى في احتكاك الجلد، ملحقة بمسافات أطول، وتؤخر رفعها في زوايا هجومية أعلى.

كيف أنّ النسيج السطحي يؤثر على "لاير الحدودي"

ويغير النص السطحي تطور طبقة الحدود، ويمكن للأعشاب والأعشاب والأحجار وغيرها من المقاطع الدقيقة أو الكلية أن تقطع التدفق من سطح البحر إلى مضطرب في موقع متحكم فيه، وبذلك يمكنها أن تمنع الانفصال المبكر وتعزز الرفع، ولا سيما في ظل ظروف الرياح المتغيرة.

Laminar vs. Turbulent Flow Management

وفي الظروف المثالية، فإن من شأن النصل السلس تماماً أن يقلل من الجر، غير أن عملية العالم الحقيقي تشمل الغبار والأمطار والتراكم الحشري الذي يعطل السلاسة، ويمكن تصميم المنسوجات السطحية المؤقتة لخلق اضطراب مؤثر دون احتكاك مفرط، وعلى سبيل المثال، فإن الاضطرابات التي تدور حول أسماك القرش (المتماشية مع التدفق) تقلل من الاحتكاك الجلدياطي بنسبة تصل إلى 10 في المائة من خلال الحد من المتدفق.

تكنولوجيا الانجيل

(ج) إن الأنابيب هي أحجار طويلة، غالباً ما تكون من طراز V-shaped أو منقوصة، على امتداد نطاق النصل، وقد تم بحثها على نطاق واسع لتطبيقات الطيران والبحرية، أما بالنسبة للطوابق الريحية، فيمكن تطبيق الأفلام الاصطناعية بأثر رجعي على اللافتات الموجودة، أما الدراسات المنشورة في ] فلم يُعرض إنتاج الطاقة المتجددة والمستدامة [FLT]:

وقد استخدمت دراسة في عام 2022 في [(FLT:0]] الطاقة المتجددة خوارزميات وراثية لتعظيم نمط الاحتياطات الدقيقة لتصلب مرجعي لخمسة ميغاواط، وتحسّنت النسوة المثلى بنسبة 2.3 في المائة في سرعة الرياح المُعدّلة، وقلّت درجة الحساسية إزاء الإغراق السطحي، وقد أصبحت هذه الأدوات الحسابية معيارية في دورات التصميم الصاريف.

التوجيهات المستقبلية والبحوث الجارية

والنسيج السطحي مجال نشط من مجالات البحث، وتشمل الاتجاهات الناشئة ما يلي:

النُسخ المُستنَزَمة بيولوجياً

وفيما وراء أسماك القرش، يقوم الباحثون باستكشاف أسطح أوراق اليانصيب (للتنظيف النفس وخفض الجر) وأنماط مقياس الفراشات (لمكافحة الفصل بين التدفق) ويمكن تكرار هذه النسيج باستخدام المعاطف الحيوية الأحيائية.

نُسخ سطحية نشطة

ويمكن أن تسمح السواحل الشاسعة الذكر أو المحركات الفائقة الفطائر بتغيير نسيجها السطحي استجابة لظروف الرياح المنخفضة، التي تضعف من أجل الرياح العالية، مع أن النماذج الأولية الحالية التجريبية، تظهر إمكاناتها.

تكامل التعلم في مجال الآلات

ويمكن أن تحلل الاستخبارات الفنية تيرابايت البيانات التشغيلية للتوصية بإدخال تعديلات في الوقت الحقيقي على البارامترات السطحية (عن طريق المُلَكِّمين) أو لتعظيم الجيل القادم من القُبل المُسمّرة.

خاتمة

إن النسيج السطحي لنصفات التوربينات الريحية ليس تفصيلاً بسيطاً بل هو أداة قوية لتحسين الكفاءة الأيرودينامية، فباختيار المنسوجات الهندسية بعناية مثل الأنابيب أو القوافل، يمكن للمصممين أن يزيدوا من رفعها، وأن يقلوا من جرها، وأن يعززوا استهلاك الطاقة بعدة نقاط مئوية - كسب غير طارئ عند توسيع نطاقها في مزرعة الرياح، ومع زيادة دقة تقنيات التصنيع ونماذج التعبئة الريحية.

For further reading, see the NREL wind energy research pages], the ]3M industrial coatings for wind, and the ]Renewable Energy journal] for peer-reviewed studies on blade aerodynamics.