Kentsel ortamlar rüzgar enerjisinin kullanılması için farklı zorluklar sunuyor, aralarındaki karmaşık ve kaotik hava akışının karmaşık ve kaotik davranışları, binalar, kuleler ve diğer yapılar etrafında hareket ettiği gibi. rüzgar profillerinin nispeten öngörülebilir olduğu açık manzaralardan farklı olarak, şehir manzaraları, her zaman aerodinamik çevreler yaratıyor.Bu makale, kentsel ortamlardaki sınır tabakalarının fiziği temel bir akışkan dinamik kavramı anlatıyor: bu tabaka fenomeni.

Boundary Katman Phenomena in Urban Contexts

Sınır tabakası, sıvının ince bölgesidir, her bina, sokak ve ağaç, yüksek tabakaya bağlı bir şehir kanopy tabakasına geçiş yapar. Arazinin kabak süresi parametresi ile ölçülemez - kırsal alanlardan daha yüksek şehirler için yüksek bir derece hız siparişi, her bina, sokak ve ağaç kendi sınır tabakalarını yaratır.

No-Slip Durum ve Velocity Profil

Bir binanın veya zeminin hemen yüzeyinde, hava molekülleri yüzeye kilitlenir - bu engeller nedeniyle sıfırdan uzaklaşır, hız serbest akış değerine ulaşırken, kentsel sınır katmanındaki hız profili genellikle bir logaritik veya güç yasası izler, ancak engeller nedeniyle daha belirgin ve infle puan verir; Bu gradient pürüzsüz değildir; o da boks ve recirkülasyon bölgeleri ile uyanır.

Turbulence ve Turbulent Kinetic Energy

Kentsel sınır tabakaları yüksek seviyeden türbülanslarla karakterize edilir - uzay kenarlarından kaotik, sert ve baskı ile yaratılan kaotik dalgalanmalar.TKE) sık sık sık sık, bıçaklar farklı boyutlardan daha yüksek, çünkü bu tür aerodinamik kuvvetlerden doğrudan ses ve yapısal yorgunluktan kaynaklanan.

Şehir Canopy ve Kabalık Subkat

Kentsel sınır katmanı içinde, kabalık alt katmanı, akış daha fazla karıştığı ve sabit bina yüksekliği ile yaklaşık iki katına çıkar.Bu bölgede, akış öncelikle çatıdaki veya binalar arasında monte edilen ve bireysel engeller tarafından yönetilir.

Bu fenomenlerin doğru modellemesi kritiktir. C ⁇ sıvı dinamikleri (CFD) büyük eddy simülasyonu (LES) veya Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) yerel rüzgar alanını tahmin etmek ve minimum turbulans ile alanları tanımlamak için kullanılır - doğrudan Türbün yerleştirme ve bıçak tasarımı hakkında bilgi.

Boundary Katman Phenomena'nın Rüzgar Türbini Üzerine Etkisi

Kentsel ortamlardaki rüzgar türbinlerinden gürültü, kabul edilmesi için kritik bir engeldir. aerodinamik gürültünün birincil kaynakları - sınır tabaka fenomenlerinden en çok etkilenen tip - kenar gürültüsü, önde gelen kenar gürültüsü ve akış gürültüleri içerir.

Trailing Edge Gürültü

Hava bıçağın üzerinde aktığı gibi, bir sınır tabakası gelişir ve sonunda izdüşün kenarına yakın olarak ayrılır.Çalışkanlık tabakasının keskin izdüşük noktası ile etkisi, ses olarak yayılabilir. Temiz, düşük hacimli bir akışta, bu gürültü büyük ölçüde öngörülebilir bir frekans spektrumundadır. ancak, kentsel çalkantıda, bıçak üzerindeki sınır tabakası kalın ve daha enerjik hale gelir, amplifiğe giden yol açıyor.

Lider Edge Gürültü ve Inflow Turbulence

Gelen akış zaten çalkantılı - her zaman bir kentsel ortamda olduğu gibi - bıçakların doğrudan en güçlü kenarda tıkanması için. Bu öncü kenar gürültüsü çok geniş bantlı ve daha düşük frekanslarda ses imzasına hükmetebilir (mikroscale), geçen kenarda bir sorun haline gelir.

Tonal Gürültü ve Sınır Katman Ayrılma

Aşırı durumlarda, bıçak yüzeyindeki ayrılık - yüksek çalkantılılık ve şehir sınırı katmanında boğulmak - çünkü vortex odding atklı frekanslar, tonal gürültü üretmek. Bu özellikle sinir bozucu ve fark edilebilir. Ayrılık da aerodinamik verimlilik azaltır, bu yüzden bıçak üzerindeki sınır tabakasının kontrol edilmesi çok faydalı olur: daha düşük gürültüyü azaltır ve güç verimini artırır.

Daha derin bir şekilde aeroakustik mekanizmalara atfedin, [[0)Wind Energy Science dergisi) düzenli olarak sınır tabakası gürültü mitigation stratejileri üzerinde çalışmalar yayınlar.

Ultra-quiet Urban Wind Türbins için Tasarım Stratejileri

Kentsel sınır tabakasının gürültüyü nasıl etkilediğine dair bir anlayışla, mühendisler, türbülans ve audible ses arasındaki bağlantıyı kırmaya yönelik bir tasarım stratejisi geliştirdiler.Bu stratejiler dört geniş kategoriye girer: bıçak şekli optimizasyonu, akış kontrol cihazları, yerleştirme ve yönlendirme ve malzeme seçimi.

Blade Şekil Optimizasyonu

Serrated Trailing Edges

Kuşak kuşluklarından ilham alarak, serrated izing kenarları, yayıcı yüzeyin akustik verimliliğini bozmak için ortaya koydu. Alan testleri sesin 2-4 dB(A) aerodinamik performans üzerindeki en az etkiyle gösterdi.

Tubercles ve Lider Edge Modifications

Yüksek ücretsiz kanalda kanalda akıştan gelen sesin yüksek olması durumunda, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

Blade Sweep ve Camber İnteler

Bıçak geri doğruyu düzeltin (negative süpürücü), bıçak ipucunun etkili kronolojisini azaltır - gürültüye en çok katkıda bulunan bölge.Sing camber to keep the limit katmanı attached under clusterting angles of attack prevents partition and the associated tonal noise.

Akış Kontrol Cihazları

Vortex Jeneratörleri

Bıçak yüzeyinde yerleştirilen küçük fin-like jeneratörleri uzun süre boyunca sınırlı sınır tabakalarını geri getiriyor, böylece yerleştirmeleri düşük tavanlı akışla yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ücretsiz hava karıştırarak kolayca optimize edilmelidir.Bu gecikmeler ve iz kenardaki kanal sınırı katmanının kalınlığını azaltır, gürültüyü keserek.

Plazma Akıcılar

Dielektrik bariyer deşarjı (DBD) plazma eylemcileri, birkaç dönüm noktasının sınırlılığını ve hatta beklenmedik bir şekilde azaltılabilen bir vücut kuvvetini oluşturmak için elektrikli alanların ortaya çıkan bir teknolojidir.Bu cihazlar, plazma aksiyonculara yakın bir şekilde başvurmak için, onları akıllı, uyarlanabilir bıçaklar için bir aday yapmak için atayabilir.

Blown Flaps ve Suction Slots

Mekanik veya suksiyon kullanarak aktif sınır katmanı kontrolü daha enerji yoğundur, ancak çok etkili. Kentsel türlerdeki güç şebekeleri inşa etmek için erişime erişim, küçük kompresörler sınır tabakasını ya da düşük enerji sıvısını ortadan kaldırmak için hava sağlayabilir, ayırmayı ve gürültüyü engelleyebilir.

Yer ve Yönelme

En iyi bıçak tasarımı gerçekten korkunç bir yerle kazanamaz. Kentsel rüzgar kaynağı değerlendirmesi sadece ortalama rüzgar hızı değil, aynı zamanda da türbülans yoğunluğu) ama aynı zamanda küçük dikey-süresel çatı veya üst üste yukarı yukarı yukarı yukarı yukarı yukarı yukarı yukarı yukarı yukarı yukarı doğru yukarı doğru akıştan yararlanabilir.

Malzeme Seçimi

Damping Katmanları

Türbülan sınır tabaka basıncı dalgalanmaları ikincil bir gürültü kaynağıdır. gömülü vielastic barajlama katmanları ile kompozit bıçaklar bu titreşimleri ses olarak yaymadan önce ayırabilir. Poliüretan bazlı kaplamalar, 3 dB'ye kadar yapı iletilen gürültüyü azaltma konusunda söz verir.

Porous Malzemeler

Porous izing kenarlarından, metalik köpüklerden veya 3D baskılı polimerlerden yapılan, dış ortamlardaki gürültü azaltımı etkisini ortaya çıkarabilir. porosity baskı eşitleştirme ve iz bırakma gücü azaltır. Erken prototipler 3-6 dB'nin gürültü azaltımının gösterdi, ancak dış ortamlardaki dayanıklılık bir zorluk kalır.

Malzeme yenilikleri hakkında daha fazla bilgi için, [[Ücretsizlik:0) ScienceDirect) veritabanı, göz ardı edilebilir kenar araştırmaları dahil olmak üzere rüzgar türbini gürültü kontrolü üzerinde yüzlerce makale içerir.

Son gelişmeler ve Future Yollar

Alan hızla ilerliyor, karbonizasyon ve kentsel livability'in iki koşulu tarafından yönlendiriliyor. ultra-quiet türbinlerinin norm olduğu bir geleceğe yönelik birkaç yeni atılım.

Aktif Akış Yönetimi ve Akıllı Sensörler

Nihai çözüm, bıçak geometrisini gerçek zamanlı olarak değişen kentsel sınır katmanına adapte eden bir tür tür olabilir. Araştırmacılar, mikrofonların, baskı musluklarının dizilerini ve sıcak film anemometrelerini bıçaklara, parmak uçlarına uygun bir kontrol sistemine adapte eden bir tür olabilir, plazma aksiyonculara etkinleştirir veya büyük veri kümesi üzerinde eğitilmiş bıçaklama sistemleri, yüksek çözünürlükte eğitilmiştir.

Aeroacoustic Design

ultra-quiet bıçağı tasarımı, çok-objective optimizasyon problemidir: gürültüyü en üst düzeye çıkarmak ve yapısal bütünlüğü korumak. Makine öğrenimi, özellikle derin sinir ağları ve Bayesian optimizasyon, şimdi milyonlarca bıçak şeklini araştırmak için kullanılır. Bu modeller, kentsel sınır katmanının tam karmaşıklığını yakalamak için yüksek sadakatli simülasyonlar üzerinde eğitilmiştir.

Gerçek dünya İşbirlikleri ve Vaka Çalışmaları

Birkaç kentsel rüzgar projesi zaten sınır tabaka-aware tasarımları dahil ediyor.FreperWind projesi Rotterdam'da 15 katlı bir binada, her biri seredilmiş izok bıçakları ve vib-damping parçaları ile donatılmıştır.Bir yıl boyunca gürültü şikayetleri daha önce yüklemelere kıyasla% 70 azaldı, aynı zamanda enerji verimi tahmin edilen QR6 dikey türlerinde % 5 oranındaydı.

Bina Sistemleri ile entegrasyon

Gelecek kentsel türbinleri muhtemelen daha büyük bir bina enerji sisteminin parçası olacak, gürültü sadece bıçakta değil, yüksek ortam gürültüsü dönemlerinde ameliyatla da planlanabilir. Örneğin, türbülanslar trafik gürültünün düşük ve sakinlerinin uykuya daldığı zaman, sınır tabakası bilgisi de binaya bağlı rüzgar koncentratörleri tasarlayabilir - bu kılavuzluğa ulaşır ve akırıcılara ulaşır - bu kılavuzluğa ulaşırken akırıklığı azaltır, turbülans yoğunluğun azaltılması.

Uluslararası standartların rolü de gelişmektedir.Kr 61400-11 rüzgar türbini gürültü ölçümü için standart, kentsel yüklemeler için özel rehberlik, kentsel sınır katmanı tarafından yaratılan standart olmayan akış koşulları için muhasebe.Bu, ultra-quiet tasarımları doğrulaştırmak ve şehirdeki performanslarını karşılaştırmak için daha kolay hale gelecektir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Şehir ortamları için ultra-quiet rüzgar türbinlerinin gelişimi derin, sınır tabaka fenomenlerini anlamakta ve aynı zamanda yüksek çalkantılı, şiddetli hear ve engel, kentsel akış alanları tanımlayan her aeroaksiyonel mekanizmayı basitleştirir - kenar gürültüsünü, lider kenar gürültüsünü ve ayrımı teşvik eder. Ancak bu fenomenler aynı zamanda yenilikçi çözümler için ilham verir: seremoni kenarlar, plazma aksiyoncular, yerleştirme ve adaptif malzemeler.

Daha fazla okuma ile ilgilenenler için, [[Üyetim:0)U.S. Enerji Rüzgar Enerjisi Teknolojileri Ofisi ) Şehir rüzgar R&D'nin genel bakışlarını yayınlar, ancak, [[Gödüşüküm Mühendisliği & Development[DÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.