Table of Contents
אנרגיית הרוח הפכה אבן הפינה של המעבר הגלובלי לדור כוח בר קיימא, עם יכולת מותקנת גדל במהירות על פני החוף וסביבות offshore. עיצוב טורבינות כי להמיר את התנועה רוח לחשמל עם יעילות גבוהה ואמינות, מהנדסים חייבים לשלוט על קבוצה של עקרונות פיזיים הידועים באופן קולקטיבי כתופעות תחבורה.עקרונות אלה שולטים התנועה של נוזלים, חום, ומיסה דרך מערכות טורבינות קפדניות של זרימה, התנהגות תרמית, המונים, ומופעלים, יכולים לחקור את האינטגרציה החומרית של חומר מודרני, כיצד שיטות תחבורה מודרנית, ולהוביל את הביצועים של מערכות מודרניות של חומר מודרני.
מימון של תופעת תחבורה
תופעות תחבורה כוללות שלושה דיסציפלינות ליבה: דינמיקות נוזליות, העברת חום, והעברה המונית. במערכות אנרגיית הרוח, דיסציפלינות אלה מתנגשות בכל קנה מידה - משכבת הגבול האטמוספרי המשפיעה על חווה רוח שלמה לשחיקה מיקרוסקופית של קצה מוביל להב. חברה להבין איך אוויר נע, איך אנרגיה תרמית מתפזרת, וכיצד חלקיקים או מצטברים חיוני לקידוד של טורבינות אישית ורמת ייצור אנרגיה חקלאית.
Fluid Dynamics ו- Airflow Behavior
דינמיקת פלויד מתארת כיצד אוויר זורם על פני השטח ובאמצעות המטוס המסתובב.מושגים מרכזיים כוללים את שימור המסה, המומנטום והאנרגיה, המובע באמצעות משוואות Navier-Stokes. בפועל, להבים טורבינות נועדו לחלץ אנרגיה קינטית מן המסה האוויר הנעים תוך צמצום ההפסדים עקב גרור וזעזוע.
דינמיקת נוזל חישובית מודרנית (CFD) מאפשרת למהנדסים לדמות את זרימת תלת מימד מורכבת סביב להבים רוטטים.דמיות אלה חשבון עבור פריחת טיפ, לעורר אינטראקציות, תנאים אטמוספיריים לא יציבים.לדוגמה, סימולציות גדולות (D) יכולות מודל זעזוע בקנה מידה של טורבינות הוליסטית, מתן תובנות המודיעות על צורת אופטימיזציה של הלהבים: LTF:0ariceral: דינמיקה לאומית (RIRD) כמו קוד פתוח כלים (RIRD) כגון קוד פתוח) עם מערכת ההפעלה פתוחה (RIRD) עם כלי עיצוב פתוח (RIRD) עם LTD) כגון קוד פתוח (RIRD) עם אקטיבית) עם אקטיבית: RIRD).
העברה חמה בגנרטור ו-Gearbox Components
העברת חום ממלא תפקיד חיוני באמינות ויעילות של טורבינות רוח.הגנרטור, תיבת הילוכים ואלקטרוניקה כוח כל לייצר עומסים תרמיים משמעותיים במהלך המבצע.ללא קירור הולם, טמפרטורות יכולות להתעלות מעל גבולות חומריים, עלייה של ללבוש וצמצום תוחלת החיים.התקפה מתרחשת באמצעות התנהגות באמצעות רכיבים מוצקים, הדבקה מפני משטחים אל האוויר שמסביב או קירור, וקרינה לסביבה.
מהנדסי עיצוב מערכות קירור שמתאימות לעומס החום הצפוי בתנאים שונים של רוחות.עבור טורבינות ממוצבות, מערכות תפוצה שמן להסיר חום ממשקי הילוך; עבור טורבינות נהיגה ישירה, פערים אוויריים גדולים וכספי קירור פסיביים נפוצים.הניהול הירומלי הופך מאתגר במיוחד בחו"ל, שבו אוויר מלוח-לאדן יכול לסתום חילופי חום.
העברה המונית: מ Blade Erosion to Icing
העברה המונית במערכות אנרגיית הרוח כוללת את ההובלה של חלקיקים, לחות ומין כימי. טיפות גשם, אבק, מלח וחרקים erode קצה המוביל של להבים לאורך זמן, עלייה פני השטח וצמצום יעילות אווירודינמי.תהליך זה, המכונה שחיקה קצה מוביל, יכול לחתוך ייצור אנרגיה שנתי על ידי כמה אחוזים.
שיעור השחיקה תלוי בגודל חלקיקים, מהירות, זווית של השפעה, ונכסים חומריים.מהנדסים משתמשים במודלים חישוביים כי שתי דינמיקות נוזל עם פיזיקה שחיקה כדי לחזות נזק להב ותחזוקה לוח זמנים. עבור טורבינות offshore, לחות גבוהה תרסיס מלח להאיץ קורוזיה, הדורש ציפויים חזקים והגנה קטוודית למגדל ורכיבי תת-מבנה.
Fluid Dynamics for Blade Design
הביצועים של להב טורבינות רוח נשלט על ידי הממשק של המעלית, גרר, ואת זווית ההתקפה.מעצבים לעצב את הלהב חוצה-סעיף (אווירפול) ופיתול הפצה כדי למקסם את המעלית תוך עיכוב דום בטווח רחב של מהירויות רוח. להבים מודרניים משתמשים בתחנות אוויר עבות ליד מרכז כוח מבני ובדיקות אוויר דקות, מאוד מסוות ליד הסתברות של כלי רוח תואמים (Ricial) כמו מכניקה (Ratemental Retraation Station) כמו לוחמת) כמו לוחמת כלי מדידה של כוח ובדיקת קומפלקס).
Boundary Layer Control ו-Vrtex Generators
כדי לשמור על זרימה מחוברת על פני פני פני הלהב, במיוחד ליד השורש שבו אורך אקורד גדול, מהנדסים לעתים קרובות להוסיף גנרטורים מערבולת. אלה מכשירים קטנים דמויי פין נוטים לתוך שכבת הגבול, ממריץ את זרימת ועיכוב הפרדה.העיצוב של גנרטורים טורטקס הוא איזון עדין מדי, גדול מדי ויוצרים גרורתי;3% קטנים מדי, והם אינם מסוגלים לחדש את השכבה הנוכחית של מחקרים על ידי מוליכים אנרגיה אחת ולתמיד.
גישה נוספת היא השימוש בשליטה בשכבת גבול פעילה, כגון מטוסי סילון סינתטיים או מיקרו-טאבס שמרבים במהירויות רוח נמוכות.טכנולוגיות אלה עדיין נמצאות בשלב המחקר, אך מבטיחות רווחים נוספים על ידי התאמת מצב האווירודינמיקה של הלהב בתגובה לשינוי תנאי זרימה.
השפעות ערות וחוות הרוח
כאשר טורבינות ממוקמות קרוב יחד, ההתעוררות של טורבינות במעלה הזרם מפחיתה את מהירות הרוח ומגדילה את הבלבול ליחידות במורד הזרם.אפקט זה, הידוע כהפרעה ערה, יכול להפחית את התפוקה הכוללת של חווה ב -10% בהתאם לספיגה, שטח, וכיוון הרוח.ניתוח תופעות תחבורה משתמש בגרסאות מעוררות (למשל, ג'נסן, פרננסן, או מודלים גאוסיאניים) כדי לחזות את המהירות והשרירים שמאחורי כל גירעון של אנרגיה משולבת, תוך כדי לנפח אותם בתוך מודלים של אלגוריתמים, תוך כדי אלגוריתמים, כמו אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים סביבתיים.
אסטרטגיות בקרה מתקדמות, כגון התעוררות, בכוונה לנער את טורבינת הזרם כדי להסיט את ההתעוררות שלו ממכונות מטה הזרם.בדיקות שדה ב-FLT:0wind Power EngineeringFLT:1 מתקנים הוכיחו פוטנציאל של 1–3% בתפוקה הכוללת של החווה באמצעות שליטה yaw.
אתגרים של העברת חום ופתרונות
ככל שדירוג טורבינות גדל - מודלים בחו"ל חדשים מעל 15MW - העומס התרמי על גנרטורים וממירי חשמל הופכים אינטנסיביים יותר. Direct-Drive קבוע גנרטורים מגנטיים, תוך חיסול תיבת הילוכים, עדיין לייצר חום משמעותי מהפסדים נחושת, הפסדים ברזל, וזרמים מעודיים. חוקרים חקרו ארכיטקטורות קירור חדשות, כולל קירור שמן ישיר של ממריצים ומחליפים חום משולבים שמשתמשים ב-N בתור מבנה חום.
ניהול חשמל אלקטרוניקה
המרת הכוח, הממוקם בדרך כלל בבסיס התא או המגדל, מכיל טרנזיסטורים דו קוטביים (IGBTs) כי מתג בתדרים גבוהים.מכשירים אלה מייצרים חום כי יש להסיר ביעילות כדי למנוע ריצות תרמיות קירור נוזלי עם תערובת מים גליקול-מים מוגדרות נפוצים, במחזורים קרים למודולים IGBT.
באקלים חם, טמפרטורות אוויר מתפתל יכולות לעלות על 40 מעלות צלזיוס, להפחית את היעילות של קורנטורים אוויריים מוצפים.מהנדסים עשויים להגדיל את מערכת הקירור או לשלב חומרים של שינוי שלב סופגים עומסים תרמיים גבוהים.
מתחים כבדים ב Composite Blades
חומרים Composite המשמשים להבים - סיבים סיביים קדחתניים או סיבים פחמן משובצים ב-epoxy resin - יש אפקטיביות שונה של התרחבות תרמית מן האביזרים מתכתיים ומערכות הגנה ברקים. ⁇ טמפרטורה על פני העור הלהב, הנגרמת על ידי קרינה סולארית או חזיתות קרות, יכול לגרום ללחץ מקומי שמוביל למיקרורקוח או דלמנטמי באמצעות שיטות סופיות עוזר להניח ריצוף חום, בנוסף, מלחץ חום זה יכול להפחית את הציפוי חום או להפחית את הציפוי חום.
תוצאות העברה על ביצועים לטווח ארוך
העברה המונית אינה מוגבלת לשחיקה וייבוש.זה כולל גם את התחבורה של לחות לתוך פנים להב באמצעות מיקרו-קracks או פגמים קו האגמים. פעם בפנים, מים יכולים להקפיא, להרחיב, ולגרום נזק נוסף. Vapor diffusion דרך מעטפת הלהב חייב להיות מודל לחיזוי לחות בשיעורי תוקפנות ועיצוב מערכות venting יעילות.
צוק איתן ו-Deve Protective Coatings
(הההבה המוביל קצה הוא אחד הנושאים היקרים ביותר של תחזוקה רוח. טיפות גשם להשפיע על קצה הלהב במהירויות מעל 80 מ ' / s, ייצור גלי הלם בלחץ גבוה על פני השטח.לאורך זמן, זה סרגש את מעיל הג'ל וחושף את פעולת הלהבה הבסיסית של בדיקות פולימרים:0IRENAFLT:1 מציין כי הפסדים שנתי של שחיקה יכול להגיע 5% עבור ציפויים קשים כגון סגסוגת מתכתבתים.
המונחים: Physics and Mitigation
הדבק בלהבות טורבינות מתרחש כאשר טיפות מים על-חושפות להקפיא מגע.צורת הקרח יכולה להיות בוהק (smooth, קרח בהיר) או rime (שגרם, קרח מפונק), כל אחד המשפיע על אווירודינמיקה אחרת.קרח רים מייצר משטח גס כי מגביר את גרר ומפחית את המעלית, בעוד קרח יכול ליצור קרני קרח כי מעוות קשות את הצורה האווירית של מצופה מקרח, כולל שכבות חום.
תכנון כפלות ויישומים מעשיים
תופעות תחבורה ישירות להשפיע על העיצוב של כל רכיב טורבינות גדול.לדג 'בייד משתמשים הלולאות CFD-BEM כדי לחדד את ה- Planform, טוויסט ו- Airfoil עד עקומת הכוח הרצויה מושגת. מעצבים לשקול vultex לשפוך ועומס רוח, אשר הם בעיות אינטראקציה נוזלית-מבנה.קרן עבור טורבינות offshore חייב לקחת בחשבון עבור מפולסים סביב מונופילים, תופעת, תופעת סגמנטציה על ידי פעולה מונעת על ידי גל ופעולה נוכחית גלים.
פיתוח: Skin Layout Optimization Using Wake Models
עם מודלים מתעוררים, מפתחים יכולים למקם טורבינות למזער את אובדן האנרגיה.הפריסה היא לעתים קרובות סחרחורת בין אריזה צפופה (לשימוש בקרקע ביעילות) וספאם המפחית את ההשפעה של ההתעוררות.עבור בחוות offshore, שבו עלויות ההתקנה גבוהות, שיפור של 1% ביעילות חקלאית יכול לתרגם למליוני דולרים בהכנסות במהלך החיים מתקדמים אופטימיזציה - אלגוריתמים גנטיים, שיטות מבוססות ⁇ , מודלים חלופיים - הם המשמשים לפיתוח מודלים מסחריים רבים של כלי תחבורה.
Yaw, Pitch, and Torque control
מערכת הבקרה של טורבינה מתאימה את שורת הלהב והגנרטור למקסימום את הכוח תוך הגבלת בבטחה עומסים. ברוח נמוכה, הלהבים מוצמדים לזווית אופטימלית הנגזרות מתיאוריה אווירודינמית; ברוח גבוהה, סטינג מפחית את זווית ההתקפה כדי למנוע סימולציה מוגזמת. Yaw control שומר את הרקטור מכוון לתוך הרוח.כל הפעולות האלה הם מיודעים על ידי זמן אמת-אמת-אמת- mmremremremremremrem, כיוון של כוח תגובה, אשר הוא בעל מבנה דינמי, אשר הוא חייב להיות מופעל על ידי כוחות תגובה, אשר מופעלת, כיפת של אלגוריתמים, כיו של אלגוריתמים, כיוון דינמי, אשר הוא בעל מבנה אלגוריתמים, אשר הוא בעל מבנה אלגוריתמים, עם אלגוריתמים, כיפוף, כיפוף, עם אלגוריתמים, עם אלגוריתמים, עם אלגוריתמים, אשר הוא בעל מבנה דינמי, אשר הוא בעל מבנה אלגוריתמים, עם אלגוריתמים, כיפוף, עם אלגוריתמים, עם אלגוריתמים, אשר הוא חייב להיות משקף, כיפוף, עם אלגוריתמים, כיפוף, כיפוף, כיפוף, כיפוף אלגוריתמים, כיפוף
טכנולוגיות חדשניות שטופלו על ידי Transport Phenomena
טכנולוגיות אנרגיית רוח מתפתחות ממינוף הבנה עמוקה יותר של תופעות תחבורה לדחוף מעבר לגבולות הנוכחיים. להבים חכמים משובצים עם חיישנים ומבצעים יכולים להתאים את צורתם בתגובה לתנאי זרימה מקומיים.אלגוריתמים למידה מכונה המוכשרים על נתונים של CFD יכולים לחזות הגדרות בקרה אופטימליות עבור תרחישים לא ידועים בזרימה.לינדר-מצויד טורבינות יכולות להציג את שדה הרוח ולהתאים בקרה לפני שגלטים פגעו, העייפות.
תגית: Wind Turbines
פלטפורמות פלורינג כרוכות אינטראקציות נוזלים מורכבות בין הרוח, גלים, זרמים, ואת המבנה הצף.הדינמיקה של מערכת ההיגוי - בעיה אינטראקציה נוזלית-מבנה - יש מודל בזהירות.בנוסף, התנועה של הפלטפורמה מציגה אפקטים אווירודינמיים לא יציבים על הרוטור אשר מפחית יעילות טורבינות. קבוצות מחקר מתפתחות עכשיו יחד עם סימולטורים אירוביים-servo-elasticulators המשלבים את כל התופעות לתוך מסגרת מאוחדת.
המונחים: Wind Turbines (VAWTs)
למרות פחות נפוץ מאשר טורבינות אופקית-אקס, VAWTs מציעים יתרונות בסביבות מסוימות, כגון גגות עירוניים או מיקומים מרוחקים שבו כיוון הרוח משתנה לעתים קרובות. האירודינמיקה של דארריוס או H-rotor VAWT כרוך דוכנים דינמיים על כל להב כפי שהוא מסתובב דרך רוח יחסי משתנה.
מסקנה
תופעות תחבורה מספקות את הבסיס המדעי לתכנון מערכות אנרגיה יעילות של אנרגיה רוח קצירת אנרגיה.על ידי שליטה בתנועת האוויר, האנרגיה התרמית והמסה, מהנדסים יכולים לייעל את הלהב אווירודינמיקה, לנהל חום ברכיבי המרה כוח, ולהגן על להבים מפני השפלה סביבתית.עקרונות אלה להנחות את כל מה הפריסה העולמית של חווה רוח מיקרוסקופית למרקם של ציפוי מוביל.