Ảnh hưởng của hình chữ bề mặt khi nâng lên và kéo bằng gió Lam Phong thanh kiếm

tua bin gió đã trở thành một nơi trú ẩn chính của thế hệ năng lượng tái tạo, nhưng hiệu suất tổng thể vẫn là một lĩnh vực quan trọng để cải thiện. trong khi hình dạng và góc được nghiên cứu rộng, ảnh hưởng của bề mặt trên hiệu suất khí động lực học thường bị đánh giá thấp. bài này mở rộng về cách mà bề mặt có thể ảnh hưởng trực tiếp đến việc nâng và kéo hai lực lượng điều hành quyết định làm thế nào một lưỡi chuyển đổi hiệu quả thành năng lượng quay.

Cơ bản của động lực học: Nâng lên và kéo

Nâng lên là lực khí động học vuông góc theo hướng gió đến, tạo ra sự khác biệt áp suất giữa bề mặt trên và dưới của lưỡi dao. Kéo hành động song song với dòng chảy, chống lại chuyển động của lưỡi dao. Trong lưỡi tua bin gió, động cơ nâng, trong khi kéo tiêu thụ năng lượng và giảm hiệu suất xuất. Tỷ lệ nâng lên đến trục (L/D) là một chức năng quan trọng: L/D cao hơn có nghĩa là hiệu suất tốt hơn.

Khí động lực học lưỡi dao rất nhạy cảm với các lớp ranh giới - khu vực mỏng không khí gần bề mặt. một lớp phẳng, lớp ngang, lớp cao tầng lan để giảm ma sát da nhưng thường có xu hướng tách ra gần cạnh cạnh cạnh cạnh cạnh, dẫn đến sự giảm đột ngột trong quá trình nâng. một lớp ranh giới, mặc dù cao hơn trong ma sát da, có thể gắn dài hơn, trì hoãn và giữ được nâng ở các góc độ cao hơn của tấn công.

Độ nét bề mặt ảnh hưởng đến lớp giới hạn

Kết cấu bề mặt thay đổi sự phát triển của lớp ranh giới. các mảng nhỏ, rãnh, và các cấu trúc vi mô khác hoặc các cấu trúc vĩ mô khác có thể đẩy dòng chảy từ laminar đến nhiễu loạn tại một địa điểm được kiểm soát. để làm thế, chúng có thể ngăn chặn sự tách rời sớm và nâng cao, đặc biệt là trong điều kiện gió.

Trình quản lý dòng chảy xáo trộn Lamniar

Trong điều kiện lý tưởng, một lưỡi dao mịn hoàn toàn sẽ kéo kéo kéo. tuy nhiên, hoạt động của thế giới thực bao gồm bụi, mưa và côn trùng tích tụ làm hỏng mịn. Các bề mặt cố ý có thể được thiết kế để tạo ra sự nhiễu loạn thuận lợi mà không gây ra ma sát quá mức. Ví dụ, các xương sườn cá mập (bị buộc với dòng chảy) giảm thiểu ma sát da do sự rối loạn lên đến 10% do hạn chế giao dịch với động lượng qua trục ngang. Ngược lại, những phần nhỏ như trên quả bóng golf - tạo ra một lớp mỏng có độ bão hoà nhỏ mà bám vào bề mặt, do đó tăng góc tấn công cao hơn.

Công nghệ nông nghiệp

Các bộ phận này được nghiên cứu rất nhiều về các ứng dụng hàng không và biển. Đối với tua bin gió, bộ phim xương sườn có thể được áp dụng một cách chủ động cho các lưỡi dao đã có sẵn. Các cuộc nghiên cứu được xuất bản trong [FLT: 0], có khả năng tái tạo và duy trì [FL: 1) cho thấy các thanh sườn có thể cải thiện năng lượng sản xuất hàng năm bởi 3%, tùy theo điều kiện gió. Các cơ chế được xuất ra (FLT: 0], giảm đáng kể khi kéo lên.

D tùy tùng

Các mẫu sóng tạo bề mặt ảnh hưởng đến sự chuyển đổi lớp giới hạn. Các bệnh trầm cảm tạo ra các xoáy nhỏ giúp tăng cường lớp ranh giới, giữ cho nó được gắn lâu hơn. Sự chậm trễ này làm tăng cường hệ số nâng cao nhất. Thí nghiệm trên các phần tay cầm với các nếp mờ (phần tám) cho thấy sự tăng lên đến 8% và kéo giảm khoảng 12% ở góc tấn công vừa phải, như báo cáo trong [FL: 0] Khoa học năng lượng [FL: 0] [FL: 1).

Ảnh hưởng khi nâng lên và kéo

Hiệu ứng lưới bề mặt phụ thuộc vào điểm hoạt động. Ở góc thấp của cuộc tấn công (cửa xuôi trực tiếp đối mặt lưỡi), một bề mặt mịn có thể tạo ra L/D tốt nhất vì ma sát kéo chiếm ưu thế. Khi góc tăng, một bề mặt có kết cấu duy trì dòng chảy gắn liền có thể vượt xa một đường thẳng mà tách rời. Đối với các tua bin biến đổi, điều này có nghĩa là bề mặt có thể tối ưu hóa cho tốc độ thường xuyên nhất, không chỉ điều kiện cao nhất.

Những thay đổi đáng kể trong việc nâng lên và kéo

Các mô phỏng dựa trên đường hầm gió và tính năng động lực học (CFC) đã cung cấp dữ liệu chi tiết. Chẳng hạn, một cuộc nghiên cứu năm 2019 trên một máy bay DU 96-W- 180 (máy tính chỉ dùng trong các tua bin lớn) so với việc kéo, xương sườn và bề mặt mờ. Bề mặt mờ đã tăng tối đa các hệ số nâng từ 1.45 lên 1. 2.2 và mở rộng góc của máy tính xách tay (có thể kéo nhỏ nhất theo số động cơ thể), so với độ kéo tương đối là 8%, cả hai sự thay đổi độ cao của độ cao L D, có lợi cho các trục gió.

Những sự suy xét thực tế về việc chế tạo thanh kiếm

Kết cấu bề mặt vào thiết kế lưỡi dao bao gồm nhiều đánh đổi.

Tùy chọn vật chất và phối hợp

Các bề mặt đã được in ra có thể đạt được: a) họa tiết đã được nắn trong quá trình tổng hợp, b) ứng dụng phim hay băng, (c) in hoặc phun hoặc phun ra, hoặc (d) tạo ra tia laser. Mỗi phương pháp có giá trị, khả năng chịu đựng và hiệu ứng cân nặng. Đối với tua bin ngoài nước muối và sự thoái hóa tia cực tím. Các bộ phim dựa trên xương sườn Silicon đã hiển thị hứa hẹn, kéo dài 5–7 năm trong các cuộc thử nghiệm.

Ảnh hưởng của sự dẫn đầu-Edge Erosion

Theo thời gian, mưa, mưa đá và cát làm xói mòn các cạnh dẫn đầu, thường gây hại cho các kết cấu có tính khí động học, các thiết bị này cho thấy các lưỡi bị xói mòn có thể làm giảm 20% lượng năng lượng xuất hàng năm. vì vậy, kết cấu bề mặt phải được kết hợp với sự bảo vệ xói mòn mạnh mẽ như lớp phủ polyuthane hoặc các lớp hy sinh.

giảm nhiễu

Kết cấu bề mặt cũng ảnh hưởng đến âm thanh khí động học. Các cạnh dọc và các cạnh răng cưa giảm nhiễu động, là yếu tố quan trọng cho tua bin bờ biển gần khu vực đông dân cư. Một nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) cho thấy rằng các kết cấu bề mặt tối ưu có thể giảm mức độ nhiễu do 2–4 dBA mà không cần phải hy sinh hiệu suất.

Nghiên cứu và dữ liệu thực địa

Một số thiết bị thế giới thực đã xác nhận lợi ích của các lưỡi dao kết cấu.

Ví dụ 1: LM sức mạnh gió và phim mọc

Trong khi đó, các thiết bị điện tử có thể được sử dụng để sử dụng với các thiết bị điện tử, các thiết bị điện tử, các thiết bị có thể được sử dụng để phát triển.

Thí dụ 2: Đại học Manchester Dimple

Các nhà nghiên cứu đã áp dụng các mẫu mờ cho một lưỡi gió nhỏ 500 W và kiểm tra nó trong một đường hầm gió kiểm soát tốc độ gió 10m/s, lưỡi dao bị mờ tạo ra nhiều năng lượng hơn phiên bản mịn. tuy nhiên, lợi ích giảm ở tốc độ gió thấp, cho thấy bề mặt phải được điều chỉnh theo hướng gió của khu vực.

Các phương pháp tính toán để làm hình chữ bề mặt được tô điểm

Thiết kế tua bin hiện đại sử dụng cặp CFD với các thuật toán tối ưu để tìm các tham số cấu trúc lý tưởng -- chiều rộng, khoảng cách, khoảng cách. Đối với xương sườn, chiều cao rãnh và khoảng cách thường trong phạm vi 20–200 200 m, phụ thuộc vào số Reynolds. Đường kính và độ sâu thường ở thứ tự 1–5% hợp âm.

Một nghiên cứu trong năng lượng tái tạo ) dùng thuật toán di truyền để tối ưu hóa mô hình vi lưu cho một tua bin 5 tham khảo MW. Kết cấu tối ưu được cải tiến L/D bởi 2.3% với tốc độ gió và giảm độ nhạy cảm với bề mặt bị hỏng. Các công cụ máy tính như vậy đang trở thành chuẩn trong chu kỳ thiết kế lưỡi dao.

Những hướng đi trong tương lai và tiếp tục nghiên cứu

Kết cấu bề mặt là một lĩnh vực hoạt động của nghiên cứu. xu hướng tăng dần bao gồm:

Văn bản sinh học được soi dẫn

Ngoài da cá mập, các nhà nghiên cứu đang khám phá các bề mặt lá sen (để tự làm sạch và giảm kéo) và các mẫu hình đo (để kiểm soát dòng chảy). Những kết cấu này có thể được sao chép bằng cách phủ sinh học.

Hình chữ bề mặt hoạt động

Các hợp kim hình hoặc động cơ điện bánh nướng có thể cho phép lưỡi dao thay đổi kết cấu bề mặt của chúng để đáp ứng với điều kiện gió thấp, mờ hơn cho gió cao. tuy nhiên, các nguyên mẫu sớm cho thấy tiềm năng.

Hợp nhất máy

Trí thông minh nhân tạo có thể phân tích tera byte dữ liệu hoạt động để khuyến cáo điều chỉnh thời gian thực tới các tham số trên bề mặt (từ điển nhúng động cơ) hoặc để tối ưu hóa các khuôn dao thế hệ kế tiếp.

Kết luận

Kết cấu bề mặt của lưỡi gió không phải là một chi tiết nhỏ mà là một đòn bẩy mạnh mẽ để cải thiện hiệu suất khí động lực. Bằng cách chọn kỹ thuật và kết cấu như xương sườn hoặc nhỏ, nhà thiết kế có thể tăng lực kéo, giảm lực kéo, và tăng năng lượng thu được nhiều phần trăm - một lợi nhuận không thuộc về mặt đất khi leo thang trên nông trại gió. khi các kỹ thuật sản xuất và mô hình máy tính được tăng lên chính xác hơn, kết cấu trên bề mặt sẽ trở thành một phần chuẩn của thiết kế, góp phần làm giảm năng lượng gió và một tương lai bền vững hơn.

Để đọc thêm, xin xem các trang nghiên cứu năng lượng gió ) ), [FLT:] 3] áo khoác công nghiệp cho gió , và có thể tái hiện [FLT:] cho các cuộc nghiên cứu về khí động lực học ngang hàng trên lưỡi.