Boundary Katman Transition'ın Fiziki

Sınır tabakası, bıçak yüzeyinden sıfırdan (kahramansız duruma) sıfırdan gelen hava geçişlerinin hızları, bıçaktan alınan serbest uç hızına (bu sınır tabakasının davranışına) göre ölçülmelidir.Bu sınır tabakasının davranışı, türbin performansına göre aerodinamik kuvvetlere bağlıdır.

Sınır tabakaları iki birincil eyalette var: laminar ve çalkantılı. Laminar bir sınır katmanında, sıvı parçacıklar minimum karıştırma ile düzgün, paralel tabakalarda hareket eder.Bu devlet düşük cilt sürtünmesi üretir, ancak akış yönünden ayrılmaya eğilimlidir - baskının arttığı bir durumdur.

Turbulent sınır tabakaları kaotik, düzensiz hareket ile önemli bir çapraz-akıl karıştırıcı ile karakterize edilir. Daha büyük bir ivme değişimi nedeniyle daha yüksek cilt sürtünme sürüklenmeleri üretirler, ayrıştırılmış akışlar genellikle bıçak yüzeyinin tasarımından daha önemli ölçüde daha önemlidir: Daha önce bir laminar tabakasının değiştirilmesine ve daha fazla yük geçişinin maliyetinin arttırılmasına neden olacaktır.

Sınır tabaka geçişlerinin laminar'dan kanalize geçişlerinin geçiş noktası olarak adlandırılmaktadır. konumu birkaç faktöre bağlıdır: Reynolds numarası (uzunluğa ve akış hızına dayalı), baskı gradient, ücretsiz kanal sıralama seviyeleri ve bu tartışma için en kritik olarak, yüzey kabalığı.

Rüzgar Türbinde Geçiş Mekanizmaları

Geçiş kendiliğinden gerçekleşmez. Laminar katmanında bu süreci kırana kadar büyüyen rahatsızlıklar tarafından başlatılır. Çeşitli mekanizmalar bu süreci sürebilir:

  • [FONT:0) Doğal geçiş[Dönetici:0) Düşük serbest akışla küçük rahatsızlıklardan kaynaklanan en düşük hızlarda tipik olarak görülür.
  • [FONT=0)KD geçiş geçişine göre [DDDDDDDDDDDD:0) güçlü rahatsızlıklar olduğunda gerçekleşir - yüksek ücretsiz kanal akışı veya büyük yüzey kabalığı gibi - T-S dalgalarından önce en laminar tabakasını ortadan kaldırır.
  • [FONT=0)Separasyon-indüklenen geçiş[DDDDD), bir laminar sınır tabakası ayrılandığında meydana gelir ve hızla dengesiz ve geçişler meydana gelir.

Bu mekanizmaları anlamak, mühendislere gerçek dünya işletim koşullarında geçişin nasıl etkileyeceğini tahmin etmeye yardımcı olur.

Yüzeysellik: Kaynaklar ve Karakterizasyon

Rüzgar türbinlerinde yüzey kabalığı kaçınılmazdır ve birden fazla kaynaktan ortaya çıkar:

  • [FONT:0)Manufacturing imperfections: Blades tipik olarak el-layup veya vakum infüzyon süreçleri kullanarak camlar veya karbon fiber kompozitler tarafından inşa edilmiştir. Yüksek kaliteli kalıplarla bile, tedavi edilen yüzeyler belirli bir doku tutabilir.
  • [FONT:0)Leading Edge Erosion: [Dönetici] uzun bir süre boyunca, bıçaklar yağmur damlacıkları, selam, kum ve diğer hava iletilen parçacıklar tarafından bombalanır.
  • [FONT:0)Kontaminasyon: [Döntgen: [DüzgÜSTRİYE] Toz, tuz spreyi, böcek grevleri, kuşları ve buz birikimi tüm açık olmayan kabalıklar eklenmektedir.
  • [FONT:0)Remates ve kaplamalar: Alan destekli onarımlar genellikle yüzeysel sonları üretir. önde gelen kenar koruma için kaplamalar veya kasetler kendi dokularını tanıtır.

Sayısallık

Mühendisler profilometreler veya lazer tarayıcılar tarafından ölçülen standart parametreleri kullanarak kabalık karakterize eder.En yaygın olanı:

  • [Dönetici Ortalaması) ): Yüzey profilinin ortalama mutlak sapması, ortalama 0.2-1.0 μm aralığında Ra vardır. Heavily eroded bıçaklar 50 μm'yi geçebilir.
  • [Düzücü:0)Rz (Average maksimum Yükseklik))[Döneticilerin ortalamaları ve en düşük vadiler örnek uzunlukta. Rz genellikle modelleme geçişi için kullanılır, çünkü büyük izole özellikler yolculuk telleri olarak hareket edebilir.
  • [FONT:0)K) (kök tabakadaki yerinden kalma kalınlığına göre yüksekliğe göre yüksekliğe göre yüksekliğe göre yüksekliğe sahip olmak): kabalık geçişini öngören boyutsal bir parametredir.

Kabalık yeri ve dağılımı onun büyüklüğü kadar önemli. Lider kabalık, stagnasyon bölgesini ve erken sınır tabaka gelişimini etkiler, kabalık daha fazla aft geçiş üzerinde daha az etkiye sahiptir, ancak hala deri sürtünmesini etkiler.

Kabalık Boundary Katman Transition'ı Nasıl Etkiler

Yüzey kabalığının merkezi etkisi, geçiş yapan rahatsızlıklar kaynağı olarak hareket etmektir. Küçük protuberances bile düşüklüğü artıran yerel hız perturbasyonları yaratabilir. Kabalık yüksekliği ve yerel sınır tabakası kalınlığı arasındaki ilişki yanıtı belirler.

Eleştirel ve Geçişsel Kabalık Regimes

Basitleştirilmiş kabalık geçişi modelinde, mühendisler üç rejimleri kabalık yüksekliğinin (k) sınır tabakadaki yerinden kalma kalınlığına ( ⁇ *): dayanarak görürler.

  • [0]Subkkkk/ ⁇ *ANGFLT:1): Kabalık, viskous alt katmanında tamamen altüst edilir. Bu, doğru akışa uygun bir şekilde rahatsızlık verir ve kendi başına geçiş yapamaz.
  • [0]Çekizgisel kabalık (k/ ⁇ * - 1)[Dönetici: piyonel tabakaya alt kattan inen kabak elementleri, saçlarını ve diğer koherent yapıları çok hassastır: kabalık yükseklikte küçük değişiklikler veya Reynolds sayısı dramatik bir şekilde yukarı doğru değişebilir.
  • [0]Tam kaba rejim (k/ ⁇ * >> 1)[Dönetici: Bireysel kabalık unsurları engeller olarak hareket eder, recirkülasyon bölgeleri ve yoğun karıştırma yaratır. Geçiş neredeyse hemen hemen hemen hemen kabalıkta meydana gelir.

Rüzgar türbinleri için, bıçaklar genellikle erozyon ve kirlenme nedeniyle önde gelen kenardaki geçiş veya tamamen kaba rejimde çalışır. Bu, önde gelen kenarlara yakın geçiş yapar, temiz bir bıçak üzerinde var olabilecek herhangi bir laminar akışını etkili bir şekilde ortadan kaldırır.

Free-Stream Turbulence ile Interaction with Free-Stream Turbulence

Rüzgar çiftliğinde atmosferli türbülans seviyeleri genellikle % 5–15, bu da uçuş uygulamaları ile kıyaslanmış (örneğin <% 1) Yüksek ücretsiz kanal akışı ve kabalık, geçişleri zaten, düşük hacimli yüzeylere kıyasla, bu etkiyi artırabilir.

Aerodinamik Ticaret: Drag, Lift ve Stall

Anahtarlamanın yol açtığı geçiş noktasının değiştirilmesi iki büyük aerodinamik sonuç vardır: cilt sürtünme sürüklenme ve gelişmiş ayrılık davranışı. Türbin performansı üzerindeki net etkisini değerlendirmek için, bir tüm bıçağı ve işletim zarfını dikkate almalıdır.

Artan Skin Friction Drag

Tamamen bir türbülan bıçak, genişletilmiş laminar akışı ile bir taneden daha yüksek deri sürtünmesi üretir. Bir türbülan sınır tabakası için yerel deri sürtünme katsayısı, aynı Reynolds numarası için yaklaşık 2-4 kattır.Bu, tipik bir 40 metre bıçağında, toplam cilt sürtünmesi tamamen kabarık olduğunda, yıllık enerji üretimindeki azalmaya (AEP)% 10-15 oranında artış olabilir.

Geliştirilmiş Ayrım Direnişi

Boşluk avantajı, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek bir eğime bağlı olarak, yüksek çözünürlükteki yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek bir şekilde kaldırılabilir.A laminar sınır tabakası burada, ön ayak izi ve asansörün çökmesine karşı daha fazla zorlukla birlikte, daha uzun süre devam ediyor, saldırının yüksek açılarında yüksek açılardan yüksek açılardan yüksek açılardan yüksek bir şekilde durgun bir şekilde kaldırılabilir.

Net Enerji Yakalama Ticareti

Kabalıkların genel performansı engellemeye veya engellemeye yardımcı olup olmadığı sorusu, tür sistemlerde, eğimin kontrol stratejisine ve tipik rüzgar koşullarına bağlı olarak durmakta fayda sağlamaktadır.In such sistemlerde, laminar akışlarının kaybı tüm rüzgar hızlarında verimliliğini azaltır.

Daha önce geçiş teşvik eden daha yüksek rüzgar hızlarında, tezgahları geciktirerek ve bu tür tür enerjilerin bile, daha düşük rüzgar hızlarında artan sürüklenme nedeniyle daha fazla orantılı akış azaltılabilir.

Türbin Tasarımı ve Bakım Uygulamaları için Pratik Örnekler

Kabalık etkisini anlamak bıçak tasarımı, üretim ve operasyonda birden fazla uygulamaya yol açtı.

Lider Edge Protection

En yaygın karşıtlama, koruyucu kaset veya kaplamaları lider kenarlara uygular. Poliüretan kasetler, elastomerik kaplamalar ve erozyona dayanıklı koruyucular yıllardır düzgün bir yüzey korumak için kullanılır. Modern kaplamalar, korumaz bıçaklarla kıyasla 5-10 yıl boyunca düşük kabalık süresini uzatabilir.

Yüzey Bitiş Özellikler

Üreticiler bıçak yüzeyi için en yüksek izinli Ra değerlerini belirtirler. Tipik olarak, önde gelen kenardaki suksiyon tarafını her zaman yumuşak bitirmeyi talep eder (Ra < 0,5 μm) en üst düzey akışa kadar basınç yan ve iz kenar daha yüksek kabalığa tahammül edebilir (Ra < 2-3 μm) çünkü baskı gradient her zaman ayrıştırma eğilimine sahiptir.

In-Situ Cabness İzleme ve Temizlik

Bazı türbinler artık sensörler içerir - pastazoelektrik yamaları, hızlayıcılar veya bıçaklanmış kameralar - her 6-12 ay boyunca yapılan değişiklikler, kir birikimi veya erken erozyon nedeniyle bir eşiği aşıyorsa, bıçakların geliştirilmesinde bir temizlik programı başlatılabilir.

Bir Tasarım Parası Olarak Azlık

Kabala savaşmak yerine, bazı araştırmacılar, belirli işletim noktaları için geçiş yerini optimize etmek için kontrollü kabalıklarla kasten tasarım yapmayı önerir. Örneğin, 5 chord yakınlarında küçük bir kabalık şerit geçişi düzeltebilir, doğal geçişin belirsizliğini ortadan kaldırır ve bıçakların performansını daha öngörülebilir hale getirir. Bu yaklaşım, uçak tasarımında yaygındır (örneğin, gezi striptiz şeritleri).

C ⁇ ve Deneysel Yaklaşımlar

Türbin bıçağı performansı üzerindeki kesin etkisi tahmin etmek sofistike araçlar gerektirir.

C ⁇ Akışkanlar Dinamik (CFD) ile Geçiş Modelleme

Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) yalnız geçiş modelleriyle geçiş yapmadan geçişin doğru bir şekilde yakalamayı başaramaz. ⁇ -Re ⁇ geçiş modeli ( Langtry-Menter) araştırma için çok pahalıya sahiptir, ancak bunlar rutin tasarım için çok pahalıya mal olur.

Rüzgar Tüneli Test Testi

Yapay kabalık (örneğin, kum ya da ayrık yolculuk telleri) ile Scale-model bıçakları rüzgar tünellerinde test edilir. Asansör ölçümler, sürüklenme ve basınç dağılımı doğrudan aerodinamik cezalar verir. Bu testler geçerlileştirici modeller için önemlidir ve kontrol edilen koşullar altındaki takas ve ayrılıklar arasındaki ayrımı ölçmek için önemlidir.

Field Lidar ve Radar ile Geçerlilik

Giderek artan bir şekilde, operasyonel türbinler, zaman içinde kabalıkların nasıl geliştiğini ve bakım zamanlamalarını ölçmek için nasıl korelasyonlar ve kabalık remedikleri için gerçekçi eşler oluşturmak için gerekli olan verileri kullanarak gerçek dünya verilerini sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüzey kabalığı, temel olarak sınır tabakası geçişini değiştiren rüzgar türbini bıçağı operasyonunın kaçınılmaz bir yönüdür. Geçiş noktasını yukarı doğru kaydırarak, kabalık cilt sürtünmesini artırır, ancak aynı zamanda enerji yakalama üzerindeki net etki, genellikle modern basamaklı türkçeler için negatiftir, yıllık enerji üretimi zararlarına yol açar - bıçakların yaşam üzerindeki 2 ila%5 oranında azalır.

Ayrıca okuma

  • [FONTA: Boundary Katman Basics).
  • [FONT:0)NREL: Rüzgar Türbini Erosion Araştırması).
  • [FONT=0]Schaffarczyk ve al. (2018): "Bir Rüzgar Türbini Performansında Yüzey Kabalığının Etkisi").
  • [0]Mühendislik Aracıbox: Yüzey Kabalık Parametreleri[Döntgen: 1 )