التقنية / دليل فني
الانهيار الهوائي وانفصال التدفق في ريش توربينات الرياح
يتعلق الانهيار الهوائي باستجابة التدفق والقوة لحالة المقطع. وهو ليس توقفًا للدوّار أو فصلًا كهربائيًا أو مفهومًا محددًا للتحكم في زاوية الريش. كما أن الانفصال لا يعني وصول كل قوة هوائية إلى الصفر.
تابع حالة التدفق بدلًا من الاكتفاء بوسم زاوية واحدة.
تؤثر زاوية الهجوم عبر المقطع الفعلي والشروط الفعلية. وقد ينتج التدفق المستقر والتدفق سريع التغيّر تاريخين مختلفين للقوة عند زاوية لحظية متشابهة.
01 / الانفصال
قد ينفصل التدفق القريب من السطح عن محيطه.
تستجيب الطبقة الحدية لتغيرات الضغط على امتداد سطح.
تستجيب الطبقة الحدية لتغيرات الضغط على امتداد سطح. وتحت الشروط المسببة للانفصال، لا يعود التدفق القريب من السطح يتبع المحيط بالطريقة نفسها التي يتبعه بها التدفق الملتصق. ويغيّر التوزيع الناتج للضغط وإجهاد القص القوة الهوائية.
يربط شرح NASA للميل التدفق المنفصل بصعوبة توقع الرفع والمقاومة. ولا ينبغي اختزال هذا التغيّر الفيزيائي إلى عتبة زاوية موحدة لجميع المقاطع وأعداد رينولدز وحالات السطح.
02 / استجابة القوة
لا يُزيل الانهيار الهوائي ببساطة كل الرفع.
قد يكون الرفع على مقطع في حالة انهيار هوائي أقل من قمته السابقة، وقد تكون مقاومته أكبر، مع استمرار تأثير قوة هوائية عليه.
قد يكون الرفع على مقطع في حالة انهيار هوائي أقل من قمته السابقة، وقد تكون مقاومته أكبر، مع استمرار تأثير قوة هوائية عليه. ويعتمد تاريخ القوة على المقطع والشروط. ولا ينبغي فهم عبارة «توقف عن إنتاج رفع مفيد» على أنها انعدام القوة في كل موضع.
بالنسبة إلى الدوّار، تغيّر اتجاهات القوى ومقاديرها المركّبات العمودية والمماسية. ولا يكفي وصف الانهيار الهوائي في مقطع واحد لتحديد سرعة تباطؤ الدوّار بأكمله أو الخرج الكهربائي الناتج.
03 / المنحنى القطبي الساكن
يمثل المنحنى المستقر شروطًا مذكورة.
يربط المنحنى القطبي المستقر المعاملات بالزاوية بعد استقرار حالة التدفق الممثلة.
يربط المنحنى القطبي المستقر المعاملات بالزاوية بعد استقرار حالة التدفق الممثلة. ويحتفظ باعتماده على المقطع وعدد رينولدز وحالة السطح. ولا يمكن استقراء علاقة خطية عامة للرفع عبر الانفصال كما لو ظل التدفق ملتصقًا.
كما أن زاوية الرفع الأقصى ليست حدًا موحدًا لجميع المنتجات. ويجب أن يظل معناها مرتبطًا بالشروط التي يمثلها المنحنى، بدلًا من نقلها إلى قاعدة لتشغيل الدوّار.
04 / الاستجابة الديناميكية
قد يؤدي تغيّر التدفق إلى تأخر الاستجابة والهسترة.
عندما يتغيّر التدفق أو الزاوية بسرعة كافية، قد تعتمد استجابة المقطع على حالته السابقة.
عندما يتغيّر التدفق أو الزاوية بسرعة كافية، قد تعتمد استجابة المقطع على حالته السابقة. ولا يتبع الانفصال وإعادة الالتصاق بالضرورة المسار نفسه. وتمثل الحلقة في وصف المعامل مقابل الزاوية هذا الاعتماد على التاريخ.
تعالج وثائق الديناميكا الهوائية غير المستقرة في OpenFAST الانهيار الهوائي الديناميكي بصورة منفصلة عن بيانات المقطع المستقرة. لذلك قد تقابل الزاوية اللحظية نفسها قوى مختلفة في الجزأين المتزايد والمتناقص من تاريخ حركة محدد.
05 / المقياس الزمني
للمدخل المتغير ما هو أبعد من قيمته النهائية.
يقارن مقياس عبور الوتر c/W طول المقطع بسرعة التدفق النسبية إليه.
يقارن مقياس عبور الوتر c/W طول المقطع بسرعة التدفق النسبية إليه. وللقيمتين الافتراضيتين c = 0.20 m و W = 10 m/s، يبلغ هذا المقياس 0.020 s. وهو ليس توقعًا لتأخر الانهيار الهوائي أو زمنًا للتحكم في التوربين.
إلى جانب الزاوية النهائية، يهم معدل التغيّر والتاريخ. ويوضح شرح التدفق النسبي كيفية تأثير تغيّر الدوران أو التدفق الداخل في زاوية المقطع.
06 / التمييز عن النظام
ظاهرة الانهيار الهوائي الفيزيائية ليست إعلانًا عن استراتيجية تحكم.
قد يستفيد التصميم من بعض جوانب الانهيار الهوائي أو يتجنبها، لكن هذه الاستراتيجية تتطلب تنفيذًا محددًا خاصًا بها.
قد يستفيد التصميم من بعض جوانب الانهيار الهوائي أو يتجنبها، لكن هذه الاستراتيجية تتطلب تنفيذًا محددًا خاصًا بها. ولا يثبت كل من الخطوة الثابتة أو الخطوة المتغيرة أو توجيه الانحراف الكهربائي، بمفرده، مخططًا محددًا للحد من الخرج باستخدام الانهيار الهوائي.
لا تحدد هذه الصفحة زاوية انهيار هوائي أو مقطعًا هوائيًا أو مقدار انخفاض للقوة أو خوارزمية تحكم تخص MARSTON. بل تشرح لماذا تحتاج بيانات المعاملات إلى الشروط، وإلى وصف يعتمد على الزمن عند الاقتضاء.
تابع المراجعة مع التدفق النسبي وزاوية الهجوم لريش توربينات الرياح.
تابع المراجعة مع الرفع والمقاومة ومعاملات المقطع لريش توربينات الرياح.
تابع المراجعة مع عدد رينولدز لريش توربينات الرياح الصغيرة وتشابه التدفق.
معلومات عامة: NASA Glenn: تأثيرات الانفصال والميل · OpenFAST: الانفصال غير المستقر والانهيار الهوائي الديناميكي والهسترة. تشرح هذه المراجع مفاهيم القطاع؛ وهي منفصلة عن وثائق منتجات MARSTON والمشروع المنطبقة.
المفاهيم والشروط الأساسية.
اقرأ كل كمية مع مرجعها ووحداتها وشروطها المذكورة. فالعلاقة العامة لا تحدد قيمة خاصة بطراز معين.
| المفهوم / الكمية | المعنى / العلاقة | الشروط / الحدود |
|---|---|---|
| الانفصال | ابتعاد التدفق القريب من السطح عن محيطه | يغيّر توزيع الضغط وإجهاد القص. |
| المنحنى القطبي الساكن | معاملات لحالة مستقرة مذكورة | لا تستقرئ علاقة خطية تخص التدفق الملتصق إلى ما لا نهاية. |
| الانهيار الهوائي الديناميكي | استجابة غير مستقرة تعتمد على التاريخ | تساوي الزوايا اللحظية لا يستلزم تساوي القوى. |
| c/W | المقياس الزمني لعبور الوتر، s | ليس تأخرًا موحدًا أو إعدادًا للتحكم. |
| استجابة النظام | سلوك الدوّار والنظام الكهربائي | لا يحدده الانهيار الهوائي في المقطع وحده. |
أسئلة هندسية.
هل يعني الانهيار الهوائي توقف الدوّار؟
لا. إنه يصف حالة هوائية، وليس حدث توقف الآلة بأكملها.
هل يخلو المقطع في حالة انهيار هوائي من أي قوة؟
لا. قد تظل قوتا الرفع والمقاومة كبيرتين حتى بعد بلوغ قمة الرفع.
هل تصلح زاوية انهيار هوائي واحدة لكل المقاطع؟
لا. قد تؤثر الهندسة وعدد رينولدز والسطح والتاريخ.
هل يستطيع منحنى قطبي مستقر توقع كل حالة عابرة؟
ليس بالضرورة؛ فالحالة غير المستقرة والهسترة تحتاجان إلى معالجة خاصة بهما.
هل تمثل 0.020 s تأخرًا فعليًا للانهيار الهوائي؟
لا. إنه مقياس افتراضي لعبور طول الوتر فقط.
هل يثبت توجيه الانحراف الكهربائي وجود تنظيم بالانهيار الهوائي؟
لا. لا يمكن استنتاج استراتيجية التحكم من خاصية توجيه الانحراف.
استفسار فني
ناقش السؤال الفني.
يتعلق الانهيار الهوائي باستجابة التدفق والقوة لحالة المقطع. شارك الطراز ومعلومات التشغيل أو التصميم المنطبقة لإجراء مناقشة هندسية.