סביבות עירוניות מציגות אתגרים ברורים לרתום אנרגיית הרוח, ובראשן ההתנהגות המורכבת והכווטית של זרימת האוויר כשהיא נעה סביב מבנים, מגדלים ומבנים אחרים.בניגוד לנוף הפתוח שבו פרופילי הרוח הם יחסית צפויים, העיריות יוצרות שילוב של טכניקות פיזיקליות, המנציחות את הסביבה האירודינמית ההולכת ומתמשכת אי פעם.בלב האתגר הזה הוא מושג דינמיקה בסיסי: התופעה וההבנה ביעילות של הדור הזה הוא מסוגל להפעיל את השכבות האורבינותק של תהליכים עירוניים.

הבנת Phenomena בקונטקסטים עירוניים

שכבת הגבול היא האזור הדק של נוזל סמוך משטח מוצק שבו כוחות ה-cous שולטים, מה שגורם מעבר מ- אפס מהירות על פני השטח (מצב ללא-חליפ) למהירות זרם חופשי בזרם הגדול. בעיר, כל בניין, רחוב, ויוצר שכבת גבול משלו, מתמזג לתוך שכבת קמציות עירונית מעוות מאוד.

The No-Slip Condition and Velocity פרופיל

על פני השטח המיידי של בניין או הקרקע, מולקולות אוויר לדבוק על פני השטח - זה מצב ללא-slip.כפי שאתה מתרחק מן פני השטח, המהירות עולה עד שהוא מגיע הערך החופשי-זרם.פרופיל המהירות בתוך שכבת הגבול העירוני בדרך כלל עוקב אחר מסגרת לונארית או חוק-כוח, אבל עם יותר בולטת ונקודות עקב מכשולים.

Turbulent Kinetic Energy

שכבות גבול עירוני מאופיין ברמות גבוהות של זעזועים - רוח רפאים, תנודות כאוטי במהירות ולחץ. אנרגיה קינטית טורבולנטית (TKE) הוא לעתים קרובות 10 עד 50 פעמים גבוה יותר בעיר מאשר מעל שדה חלק.זה זעזוע עולה מן מערבולת שופכת ישירות מעל פני בניין, שכבות Shear שנוצרו על ידי ערות, ו convection תרמי מפני פני השטח מחומם עבור רוח, הם מתרוקנים באופן קבוע מתרגמים לתוך גדלים דינמית זה, כי הם גורמים ורגמים באופן קבוע ורגמים, כי הם גורמים ורגמים של רעשים שונים ורגמים, כי הם גורמים ורגמים, כי הם גורמים רדיונפים, כי הם ורגמים ורגמים באופן קבוע ורגמים, כי הם גורמים ורגמים של רעשים של רעשים של רעשים של רעשים של רעשים, כי הם גורמים ורגמים, כי הם גורמים ורגמים, כי הם ורגמים באופן קבוע ורגמים, כי הם גורמים ורגמים שונים ורגמים שונים של רעשים של רעשים, כי הם ורגמים שונים של רעשים, כי הם גורמים מפוצצים באופן קבוע מפוצצים באופן קבוע ורגמים שונים מפוצצים לתוך ורגמים ורג

The Urban Canopy and Roughness Sublayer

בתוך שכבת הגבול העירונית, תת-קרקעית החוספס משתרעת מן הקרקע עד פי שניים גובה הבנייה הממוצע. באזור זה, זרימה היא תלת-ממדית גבוהה נשלטת על ידי מכשולים בודדים.למעלה היא שוכנת תת-שכבת השכבה האינטומנטאלית, שבו הזרם הופך להיות יותר ממזג וניתן להשוות אותו על ידי פרופיל לונארימי ששומד על ידי אורך החוספסות.

מודלים מדויקים של תופעות אלה הוא קריטי.הדינמיקה של נוזל (CFD) סימולציות באמצעות סימולציה דידי גדול (les) או ריינולדס-הברד Navier-Stokes (RANS) מועסקים כדי לחזות את שדה הרוח המקומי לזהות אזורים עם זעזוע מינימלי - מידע המודיע ישירות על מיקום ועיצוב להבינות (Ralalal Reable Energy Lab) עבור מעבדה בעלת ערך עירוני של כוח כבד (REL) 1 רזולוציה גבוהה של אנרגיה.

השפעה של תסמונת Boundary Layer Phenomena על Wind Turbine Noise

רעש מפוביורי רוח בהגדרות עירוניות הוא מחסום קריטי לאימוץ.המקורות העיקריים של רעש אווירודינמיקה - הסוג המושפע ביותר מתופעות שכבת גבול - למנוע רעש קצה, רעש קצה מוביל, ורעש חודרני.שכבת הגבול העירונית מחמירה כל אחד מהם באמצעות אינטנסיביות מוגברת ועיוות זרימה.

צוק OUT

כאשר האוויר זורם מעל פני הלהב, שכבת גבול מתפתחת ובסופו של דבר מפרידה ליד קצה השביל.האינטראקציה של שכבת הגבול הסוערת עם קצה השביל החד יוצר תנודות לחץ כי קורנות כצליל.בטווח נקי, נמוך ונמוך בזרימה, רעש זה הוא בספקטרום תדר צפוי.

צוק וזרימה Turbulence

כאשר הזרם הנכנס כבר סוער – כפי שהוא תמיד בסביבה עירונית – מערבים את השוטים ישירות על קצה המוביל של הלהב.רעש קצה מוביל זה רחב והוא יכול לשלוט בחתימה הקול בתדרים נמוכים יותר.ההיקף של הסדיות הנכנסות ביחס לקצה הלהב הוא מכריע; דידות דומות לאורכו של הרעש החזק ביותר.

טונאליות Noise and Boundary Layer

במקרים קיצוניים, הפרדה זרימה על פני הלהב – לעתים קרובות מופעל על ידי הזעזוע הגבוה ו Shear בשכבת הגבול העירוני - כי מערבולת בתדרים דיסקרטיים, הפקת רעש כללי.זה יכול להיות מעצבן במיוחד בולט. הפרדה גם מפחית יעילות אווירודינמי, כך לשלוט על השכבה על להב הוא מועיל כפול: זה מוריד רעשים ומגביר את תפוקת כוח.

לצליל עמוק יותר לתוך מנגנונים אוויריים, ה-FLT:0 (עיתון מדעי האנרגיה של אנדרופול 1) מפרסם באופן קבוע מחקרים על אסטרטגיות להפחתה של שכבת רעש.

אסטרטגיות עיצוב עבור Ultra-quiet Urban Wind Turbines

חמוש בהבנה של האופן שבו שכבת הגבול העירונית מניעת רעש, מהנדסים פיתחו חבילת אסטרטגיות עיצוב כדי לשבור את הקשר בין זעזוע וצליל בלתי מתקבל על הדעת.אסטרטגיות אלה נופלות לארבע קטגוריות רחבות: אופטימיזציה בצורת להב, אופטימיזציה של זרימה, אמצעי בקרה, מיקום וכיוון, ובחירת חומרים.

המונחים:

המונחים: Trailing Edges

בהשראת נוצות ינשוף, serrated שבילים משבשים את הכפירה של שכבת הגבול הסוערת לפני שהוא קורנט כצליל. על ידי הצגת הבדלים תקופתיים בקנה מידה קטן בקצה השביל, שלב של תנודות הלחץ הוא קושט, צמצום היעילות האקוסית של פני השטח קורנים. מבחנים שדה הראו ירידה של 2-4BA) עם השפעה מינימלית על ביצועים דינמיים.

מחסומים ו-Desle Modifications

משועמם מכופי לווייתנים מפוספסים, צינורות קצה מובילים (bumps) מעכב דוכנים ולהפחית את השפע של זעזוע זרימה.על ידי שליטה במיקום ההפרדה זרימה, צינורות יכולים להוריד רעש קצה מוביל בתנאים של זעזועים זרם חופשי גבוה. מחקרים Computational מציעים כי אופטימיזציה של צינורות גיאומטריה יכול לחתוך רעש רחב על ידי עד 5B בזרימה עירונית.

Blade סוויפ ו Camber Adjustments

שמירה על הלהב לאחור ( ⁇ ) מפחיתה את מספר ה- chordwise היעיל של קצה הלהב - האזור התורם ביותר לרעש.התאמה של סומבר כדי לשמור על שכבת הגבול המצורפת מתחת לזווית של התקפה מונעת הפרדה והרעש הכרוך ברעש.

התקנת Flow

Vortex Generator

גנרטורים קטנים דמויי fin-כמו vortex המוצבים על פני הלהב יוצרים מערבה ארוכה של מערבולת שמשחזרת את שכבת הגבול על ידי ערבוב אוויר חופשי-זרם חופשי גבוה עם זרם נמוך-מומנטום ליד זרימת וול-וול. זה עיכובים ומפחית את עובי שכבת הגבול הסוערת על סף שביל, חיתוך רעש, הם מוסיפים, כך לגרור את המיקום שלהם בזהירות.

פלאסמה Actuators

דיאלקטרי מפלט (DBD) פלזמה פועל הם טכנולוגיה מתפתחת המשתמשת שדות חשמליים כדי ליצור כוח גוף מקומי המזרז אוויר ליד פני השטח.על ידי יישום פלזמה רק במעלה הזרם של קצה הדרך, מהנדסים יכולים לשלוט באופן פעיל במצב שכבת הגבול - שמירה על זה המצורף או אפילו להשחית אותו רגע.

Blown Flaps ו-Suction Stock

בקרת שכבת גבול פעילה באמצעות התפוצצות או שבץ היא יותר אנרגיה אינטנסיבית אך יעילה מאוד.בטורפות עירוניות עם גישה לבניית רשתות חשמל, דחוסים קטנים יכולים לספק אוויר באמצעות חריצים כדי לזרז את שכבת הגבול או להסיר נוזל נמוך-מומנטום, מניעת הפרדה וצמצום הרעש.

מקום ואוריינטציה

אפילו עיצוב הלהב הטוב ביותר לא יכול להתגבר על מיקום נורא באמת.ערכת משאבי הרוח האורבני חייב לזהות לא רק מהירות רוח ממוצעת, אלא גם אינטנסיביות סוערת. Turbines צריך להיות ממוקם איפה שכבת הגבול המקומית יציבה ביותר - לעתים קרובות מעל גובה גג או בצד העליון של בניין. גג עלייה יכול להפיק פחות מערפל של זרימה מעל הבניין (FLT:0roofly הפרדה מהירה) אבל גם יתרון אנכי נמוך יותר.

בחירה חומרית

שכבת דמים

ויברציות נרגשות על ידי תנודות לחץ גבולות סוער הם מקור רעש משני. Composite להבים עם שכבות לחות מטושטשות מטבוליות יכול להפיג את הרטטים האלה לפני שהם קורנים כצליל. ציפויים המבוססים על פוליאורטן הראו הבטחה בצמצום רעש מולד המבנה על ידי עד 3DB.

חומרים מסוכנים

הקצוות פורצים, עשויים מקצף מתכתי או פולימרים מודפסים 3D, יכולים לחקות את אפקט הפחתת הרעש של סיכות על ידי מתן מעבר הדרגתי מ מוצק לנוזל.הנפיחות מאפשרת לחץ שווה ומפחית את העוצמה של פריחת קצה קצה קצה קצה. אבות טיפוס מוקדמים הראו ירידה רעש של 3-6D, אם כי עמידות חיצונית נותרה אתגר.

לקבלת יותר על חידושים חומריים, מסד הנתונים של מדע בדיוני (FLT:0) מכיל מאות מאמרים על בקרת רעש טורבינות רוח, כולל מחקר קצה ⁇ .

כיוונים עתידיים והתקדמות

התחום מתקדם במהירות, מונע על ידי ההכרח הכפול של פחמן ועוצמה עירונית.מספר פריצות דרך האחרונות מצביעות על עתיד שבו טורבינות אולטרה-קוויט הן הנורמה.

Active Flow Management ו-Smart Sensors

הפתרון האולטימטיבי עשוי להיות טורבינה שמתאימה לגיאומטריה הלהב שלה בזמן אמת לשכבת הגבול העירונית המשתנה.חוקרים משלבים מערךים של מיקרופון, לחץ, ואמפומי פילם חמים לתוך להבים, להאכיל נתונים למערכת בקרה שמשתאמת את הטיפות פורצות דרך, מפעילה פלזמה של אלגוריתמים אנרגיה, או אפילו שינויים אלגוריתמים מחזוריים גדולים של נתונים תצורה עירונית של סימולציה של 20B יכול ביעילות לייעלות, להפחית את רמות המחקר של 10.

Machine Learning in Aeroacous Design

עיצוב להב אולטרה-קוויט הוא בעיה אופטימיזציה רב-אובייקטיבי: מזער רעש, ממקסם כוח, ולשמור על שלמות מבנית. Machine Learning, במיוחד רשתות עצביות עמוקות ואופטימיזציה Bayesian, משמש כעת כדי לחקור מיליוני צורות להבים צורה permutations.מודלים אלה מאומן על סימולציות גבוהות של CFD-les כי ללכוד את המורכבות המלאה של השכבה העירונית.

מהדורות של REAL-world Deployments and Case Studies

כמה פרויקטים של רוח עירונית כבר משלבים עיצובים של שכבת גבולות.הפרויקט WhisperWind ברוטרדאם מותקנים ארבעה טורבינות אופקיות קטנות על בניין 15 קומות, כל אחד מצויד עם קצוות משוטים משוטים ורמות דגימה רטט-דמדומים. לאחר שנה של ניטור, תלונות רעש צנחו על ידי 70% לפני ההתקנה, בעוד אנרגיה מניבה בתוך 5% של ערכים מצופה, כמו כן, RVeraTi נמוך יותר, עם רמות התקני קוטרנטיים, לעומת קונבנציונאליטר.

שילוב עם מערכות בנייה

טורבינות עירוניות עתידיות יהיו חלק ממערכת אנרגיה גדולה יותר של בניין, שבה רעש מנוהל לא רק בלהב, אלא באמצעות ביטול פעיל או על ידי פעולת תזמון במהלך תקופות של רעש גבוה.לדוגמה, טורבינות יכול להשתולע בשעות הלילה שקטות כאשר רעש התנועה נמוך ותושבי השינה.הידע הגבול ניתן גם לשמש לתכנון מדבקי גלנטנים - מדריך זה מגיע להפחתה של 40% לפני עוצמת השכבה.

התפקיד של סטנדרטים בינלאומיים מתפתח גם. תקן IEC 61400-11 למדידת רעש טורבינות רוח הוא מתוקן לכלול הדרכה ספציפית עבור מתקנים עירוניים, חשבונאות עבור תנאי זרימה לא סטנדרטיים שנוצרו על ידי שכבת הגבול העירוני.זה יהיה קל יותר לאשר עיצובים אולטרה-קוויט ולהשוות את הביצועים שלהם ברחבי הערים.

מסקנה

התפתחות טורבינות רוח אולטרה-קוויט עבור סביבות עירוניות נשענת על הבנה עמוקה, מנומנמת של תופעות שכבת גבול.עוצמת ההתקוממות הגבוהה, הרהר חמור, ומכשול שמגדיר שדות זרימה עירוניים מעצימים כל מנגנון אווירי-אווירי-טרנסים- רעשים קיצוניים, רעש הנדסי מוביל, וצלילים מופרעים מעוררים הפרדה, גם את ההשראה לפתרונות חדשניים: נית, ממזגת אנרגיה מתקדמת, אך לא רק ממזגת, אלא גם ממזגת, לא יעילה יותר, אלא גם ממזגת, אלא גם ממזגת חומרים מתקדמים, שלא נראים כמו גם ממזגים, ממזגים, כמו גם ממזגים, ממתכתיים, כמו חומרים מתקדמים יותר, ממזגים, ממזגים, ממזגים, שלא נראים יותר, ממתכתיים, כמו גם ממזגים, ממזגים, כמו גם ממזגים, ממזגים, ממזגים, כמו גם ממזגים יעילים יותר, ממזגים, ממזגים מתקדמים יותר, מלוכדים, ממזגים, כמו גם ממזגים, ממושכים, ממושכים, כמו גם ממזגים, ממזגים, כמו גם ממזגים מתקדמים יותר, כמו גם ממזג

עבור אלה המעוניינים לקרוא עוד, מחלקת האנרגיה של Wind Energy Technologies OfficeearFLT 1 מפרסם סקירה של רוח עירונית R&D, בעוד FLT:2 הנדסת חשמל ו- DevelopmentFLT 3:3 מציע מאמרים מעשיים על הקטנת רעש ואסטרטגיות מיקום.