Yüzey Texture'in Asansör üzerindeki etkisi ve Rüzgar Türbinde Drag

Rüzgar türbinleri yenilenebilir enerji neslinin ana yeri haline geldi, ancak genel verimlilik, rüzgarın nasıl geliştirildiğini belirleyen temel bir alan olmaya devam ediyor.Serodinamik performans üzerindeki yüzey dokusu etkisi genellikle hafife alındı.Bu makale yüzey dokusu doğrudan nasıl etkiler ve sürüklendiğini genişletiyor - bir bıçak rüzgarın nasıl etkili bir şekilde nasıl dönüştürüldüğünü belirleyen iki yönetim gücü rüzgarı nasıl etkili bir şekilde inceliyor.

Aerodinamik Temeller: Asansör ve Drag

Asansör, gelen rüzgar yönünde aerodinamik kuvvetdir, üst ve daha düşük bıçak yüzeyleri arasında basınç farkı tarafından üretilir. Drag, bıçağın hareketine paralel davranır, rüzgar türbini bıçakları, asansörler rotasyonu yaparken, sürüklenir. Asansör-to-drag oranı (L/D) bu nedenle kritik bir ölçümdür: L/D daha iyi performans anlamına gelir.

Bıçak aerodinamik, sınır tabakası davranışına son derece hassastır - daha yüksek cilt sürtünmesi, yüzeyin daha yüksek açılarında durarak durgun bir şekilde hareket ettirilir.Bu ticaret-off yüzey dokusunun bir parçasına yol açan, bir türbülan sınır tabakasına yol açan, daha uzun süre daha yüksek, daha uzun süre dayanabiliyor ve daha yüksek bir saldırıya devam ediyor.Bu ticaret-off, yüzey dokusunun önemli bir rol oynadığı yerdir.

Yüzey Texture Boundary Katmanı Nasıl Etkiler

Yüzey dokusu sınır tabakasının gelişimini değiştirir. Riblets, dimples, oluklar ve diğer mikro- veya makro-textures, kontrollü bir yerde akrepten akabilir. Bunu yaparak, özellikle de değişken rüzgar koşullarından ayrılmayı engelleyebilirler.

Laminar vs. Turbulent Flow Management

İdeal koşullarda, mükemmel bir düzgün bıçak en aza indirmek için en azalabilir. ancak, gerçek dünya operasyonu, çapraz momentum değişimi sınırlamak için toz, yağmur ve böcek birikimini içerir.Aktif olarak, dimples - bu gibi bir golf - daha uzun bir yüzeye kadar tıkayan bir sınır tabakası gibi - yüksek derecede artan bir saldırıya kadar yüksek açılardan yukarı doğru yukarı doğru yukarı doğru yukarı doğru yukarı doğru yukarı doğru yukarı doğru yukarı doğru yukarı doğru bir şekilde, yüksek bir akışta -.

Riblet Teknolojisi

Riblets uzun zamandır tarif edilen ya da ölçeklenmiş, bu bıçak aralığı boyunca çalışır.Sürekli bıçaklar havacılık ve deniz uygulamaları için yoğun bir şekilde araştırılmıştır.For wind türbinis, riblet filmleri mevcut bıçaklar için uygulanabilir.Araştırmalar Yenilenebilir ve Sürdürülebilir Enerji) ile yayınlanan mekanizma önemli ölçüde azalırken, kaburgaların yıllık enerji üretimini % 3'e göre % 6'ya kadar artırabilir.

Dimples

Dimple desenler sınır tabakası geçişi etkileyen bir yüzey yaratır. Depresyonlar sınır tabakasını enerjik, daha uzun süre bağlı tutmakta olan küçük vortikler üretir.Bu gecikmeler tezgah ve maksimum asansör katlarını geliştirir. Deneyler bıçak bölümleri üzerinde dairesel dimples (derinlemesine% 0,5 oranındaki artış) %8'e kadar artış gösterdi ve saldırının orta açılarında yaklaşık% 12'lik bir düşüş gösterdi.

Asansör ve Drag Performansı Üzerine Etkisi

Yüzey dokusunın net etkisi, işletim noktasında bağlıdır. Düşük arsalarda (kesinlikle doğrudan bıçakla karşı karşıya), pürüzsüz bir yüzey en sık rüzgar hızları için optimize edilebilir, çünkü arsa artışları artarken, eklenmiş bir akışta bulunan bir doku yüzeyi, modern değişken-pitch türbinler için, bu, yüzey dokusunın en sık rüzgar hızları için optimize edilememesi anlamına gelir.

Asansörde Sayılama Değişiklikleri ve Drag

Rüzgar tüneli ölçümler ve hesaplama sıvı dinamikleri (CFD) simülasyonlar ayrıntılı veriler sağladı. Örneğin, 2019 yılında bir DU 96-W-180 havafoil (ortak olarak büyük türbinlerde kullanılır) ile düz, ribleted ve dimpled yüzeylere kıyasla, bimpled yüzeyleri 1.62'ye kadar maksimum asansör katladı ve ayrıca 3°'ye kadar tezgah açısını genişletdi.

Blade Manufacturing için pratik değerlendirmeler

Bıçak tasarımına yüzey dokusu Akrepler, birden fazla ticaret-off içerir.

Malzeme ve Kaplama Seçenekleri

Textured yüzeyler elde edilebilir: (a) kompozit kontraksiyon sırasında kalıtım, (b) yapıştırıcı filmlerinin veya kasetlerin uygulanması, (c) basılı veya spreyli kaplamalar veya (d) lazer-engraving post-prodüksiyon. Her yöntem maliyet, ağırlık etkileri ve ağırlık sonuçları.For offshore türbinleri için, kaplamalar tuzlu su korozyonuna ve UV bozulmalarına karşı direnmeli.

Lider-Edge Erosion Etkisi

Zamanla, yağmur, selam ve kum erode lider kenar, genellikle kasıtlı olarak uygulanan dokulara zarar verir.Bu degradlar aerodinamik performans -studies, yıllık enerji çıktılarının% 20'sini kaybedebileceğini göstermektedir. Bu nedenle, yüzey dokusu poliurethane kaplamaları veya sakrifal tabakalar gibi sağlam erozyon koruması ile eşlenmelidir.

Gürültü Azaltımı Gürültü

Yüzey dokusu da aerodinamik gürültüyü etkiler. Riblets ve serrated izing kenarlar, konbübübülans yapımı gürültüyü azaltır, bu da kırsal alanlara yakın onar türbinleri için kritiktir. Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) tarafından yapılan bir çalışma, optimize edilmiş yüzey dokularının performansından 2-4 dBA'ya daha düşük gürültü seviyelerinin daha düşük olabileceğini buldu.

Vaka Çalışmaları ve Alan Data

Çeşitli gerçek dünya yüklemeleri doku bıçaklarının faydalarını doğrulamıştır.

Örnek 1: LM Rüzgar Gücü ve Riblet Filmler

3M ile ortaklıkta, LM Rüzgar Gücü, Danimarka'daki 2 MW türbinin bıçakları için parlatılmış bir filme uygulandı.Tonyartlı bir standart düzgün bıçaklarla kıyasla yıllık enerji üretiminde 4,7 artış gösterdi. Film, yüzey ve kalitlerin en yüksek olduğu dışsal bıçak uzunluğuna uygulandı.

Örnek 2: Manchester Üniversitesi Dimple Study

Araştırmacılar 500 W küçük rüzgar türbini bıçağına doğru düzgün desenler uyguladılar ve kontrollü bir rüzgar tünelinde test ettiler. 10 m / rüzgar hızında, dimpled bıçağı, düzgün sürümden 12% daha fazla güç üretti. Ancak, fayda çok düşük rüzgar hızlarında azaldı, bu yüzey dokusunun siteye göre uyarlanması gerektiğini öne sürdü.

Yüzey Texture'i Takip Etmek için C ⁇ Yaklaşımları

Modern Türbin tasarımı, ideal doku parametrelerini bulmak için optimizasyon algoritmaları ile CFD çiftleşir - derin, genişlik, spacing, düzenleme.Sampeks için, yüksek çözünürlük ve üretim genellikle 20-200 μm aralığındadır, Reynolds sayısına bağlı olarak. Dimple çapında ve derinlik genellikle 1-5% chord siparişindedir. Multi-objective optimizasyonlar için, sürüklenebilir, gürültü ve üretim maliyeti.

A 2022 çalışmada, 5 MW referans türbini için mikro-çok sayıda desen optimize etmek için genetik algoritmaları kullandı.En uygun fiyatlı doku L/D tarafından% 2,3 oranında geliştirilmiş L /D, yüzey fouling için standart hale geliyor.

Future Path and Ongoing Research

Yüzey dokusu, araştırma aktif bir alanıdır. Gelişen eğilimler şunlardır:

Bio-inspired Textures

Köpekbalığı ötesinde, araştırmacılar çok sayıda yaprak yüzeylerini keşfediyor (kendi kendine temiz ve sürüklenme için) ve kelebek ölçek modelleri ( akış ayrımı kontrolü için). Bu dokular biyomimetic kaplamaları kullanarak çoğaltılabilir.

Aktif Yüzey Metinleri

Şekil-memory alaşımları veya pastazoelektrik hareketleri, rüzgar koşullarına yanıt olarak yüzey dokusunu değiştirmek için bıçakların izin verebilir - düşük rüzgar için, yüksek rüzgar için dimpled.Şu anda deneysel olsa da, erken prototipler potansiyel gösteriyor.

Makine Öğrenme Entegrasyonu

Yapay zeka, yarı zamanlı bıçak kalıpları optimize etmek için gerçek zamanlı ayarlamaları önerebilmek için terabayları analiz edebilir veya sonraki nesil bıçak kalıpları optimize edebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Rüzgar türbinlerinin yüzey dokusu küçük bir detay değil, ancak bir rüzgar çiftliğinde ölçeklendirilen güçlü bir avantajdır.Sürekli modeller dikkatli bir şekilde seçilerek, kanat tasarımının standart bir parçası haline gelecektir, tasarımcılar rüzgar enerjisinin maliyetini artırabilir ve birkaç puan artırmayı sağlar - rüzgar çiftliğinde ölçeklendirilen bir kazanç. Üretim teknikleri önceden ve hesaplama modelleri daha doğru hale gelir, yüzey dokusu optimizasyonu, rüzgar enerjisinin maliyetini azaltır ve daha sürdürülebilir bir gelecek.

Daha fazla okuma için, [Üyetim:0)NREL rüzgar enerjisi araştırma sayfaları[Dönetici:2))) ► 3M rüzgar için endüstriyel kaplamalar [DüzDÜye ait 3 ) ve [[Dönemli Enerji dergisi[DÜye Olmayanlar İçindeki Araştırmalar[DÜye Olmayanlar İçindekiler)