التقنية / دليل فني
التدفق النسبي وزاوية الهجوم لريش توربينات الرياح
تختلف سرعة الهواء التي يراها مقطع ريشة متحرك عن سرعة الرياح التي تُرى من الأرض. وتنتمي زاوية الهجوم إلى هذا التدفق النسبي المحلي، فلا يمكن قراءتها مباشرة من اتجاه حجرة التوربين أو من سهم رياح ثابت.
اطرح الحركة قبل مقارنة الزوايا.
استخدم إطارًا مرجعيًا مشتركًا لسرعتي الهواء والمقطع. ويحدد الفرق المتجهي بينهما التدفق الذي يراه المقطع؛ ويحدد اتجاهه بالنسبة إلى الوتر زاوية الهجوم.
01 / الإطار المرجعي
السرعة النسبية فرق متجهي.
لتكن U سرعة الهواء و v سرعة المقطع، وكلتاهما معبّر عنها في إطار قصوري واحد.
لتكن U سرعة الهواء و v سرعة المقطع، وكلتاهما معبّر عنها في إطار قصوري واحد. سرعة الهواء بالنسبة إلى المقطع هي W = U − v. أما طرح المقدارين فيُسقط الاتجاه ويعطي عمومًا نتيجة مختلفة.
يفصل شرح NASA للسرعة النسبية بين الرياح عند الأرض وحركة الهواء بالنسبة إلى جسم متحرك. وتضيف الريشة الدوّارة سرعة مختلفة للمقطع عند كل نصف قطر؛ لذلك يجب أن يتابع الحساب مقطعًا بعينه، لا مركز الدوّار وحده.
02 / المركّبات المحلية
يضيف الدوران مساهمة مماسية.
في مثال مبسط ومحاذٍ، اختر x باتجاه تدفق الهواء المحوري الموجب و t باتجاه حركة المقطع الموجبة.
في مثال مبسط ومحاذٍ، اختر x باتجاه تدفق الهواء المحوري الموجب و t باتجاه حركة المقطع الموجبة. إذا كان U = (6, 0) m/s و v = (0, 8) m/s، فإن W = (6, −8) m/s في تلك المحاور.
مقدار السرعة النسبية هو 10 m/s، وليس 6 m/s أو 6 − 8 m/s. وهذه القيم المختلقة تهمل التدفق المستحث والحركات الأخرى. وهي توضح الحساب المتجهي دون وصف ريشة MARSTON أثناء التشغيل.
03 / اتجاه التدفق
تحتاج الزاوية إلى خط مرجعي محدد.
في ذلك المثال، الزاوية الحادة بين W والاتجاه المماسي السالب هي arctan(6/8)، أي نحو 36.9°.
في ذلك المثال، الزاوية الحادة بين W والاتجاه المماسي السالب هي arctan(6/8)، أي نحو 36.9°. والقياس من الاتجاه المحوري يعطي زاوية مختلفة. ويمكن لكلتيهما وصف المتجه نفسه إذا كانت الاصطلاحات صريحة.
لذلك يحتاج رمز زاوية التدفق الداخل إلى اتجاه صفري وإشارة محددين. والقيمة الموجبة في اصطلاح معين لإحداثيات الريشة ليست موجبة تلقائيًا في اصطلاح آخر. ويجب أن يظل المتجه الفيزيائي دون تغيير عند تحويل الإحداثيات.
04 / المقارنة بالوتر
تجمع زاوية الهجوم بين الهندسة والتدفق.
في اصطلاح محدد لمقطع ثنائي الأبعاد، تقارن زاوية الهجوم الوتر المحلي الموجّه بالمتجه W.
في اصطلاح محدد لمقطع ثنائي الأبعاد، تقارن زاوية الهجوم الوتر المحلي الموجّه بالمتجه W. وإذا اشتركت زاوية التدفق الداخل φ وإعداد الوتر β في مرجع وإشارة مختارين بحيث α = φ − β، فهذه العلاقة طرح هندسي.
لا يعني ذلك قابلية التبادل بين زاوية تركيب الريشة والتواء الريشة وزاوية الهجوم. فقد تظل الهندسة المدمجة ثابتة بينما تتغير φ مع التدفق أو الدوران. وبالعكس، لا يغيّر تعديل إعداد هندسي قيمة α إلا بالاقتران مع التدفق النسبي الحالي.
05 / الأبعاد الثلاثة
يستخدم نموذج المقطع إسقاطًا.
يعرّف شرح إحداثيات المقاطع الهوائية في OpenFAST رفع المقطع ومقاومته وزاوية هجومه باستخدام التدفق النسبي المسقط على مستوى محلي ثنائي الأبعاد.
يعرّف شرح إحداثيات المقاطع الهوائية في OpenFAST رفع المقطع ومقاومته وزاوية هجومه باستخدام التدفق النسبي المسقط على مستوى محلي ثنائي الأبعاد. ويظل التدفق على امتداد الريشة جزءًا من الوضع الثلاثي الأبعاد الأشمل، حتى إن لم يمثله نموذج المقطع صراحةً.
قد يغيّر التدفق غير المحاذي بفعل الانحراف والتشوه والسرعات المستحثة المركّبات المحلية. ولا يحدد المثال المبسط ذو المركّبتين مقاديرها، ولا يستبدل نموذجًا يضم الحركات وافتراضات التدفق ذات الصلة.
06 / المعنى
حساب الاتجاه ليس منحنى قطبيًا هوائيًا.
معرفة α لا تحدد الرفع أو المقاومة أو الخرج بمفردها.
معرفة α لا تحدد الرفع أو المقاومة أو الخرج بمفردها. فهذه الكميات تعتمد أيضًا على المقطع وظروف التدفق. ويشرح دليل المعاملات الخطوة الفيزيائية التالية.
تعرّف هذه الصفحة هندسة التدفق المحلي دون تحديد مقطع هوائي فعلي أو ترتيب لزاوية الريش أو نطاق للزوايا أو قانون تحكم يخص MARSTON. ويتناول دليل هندسة الريشة القائم كميات الرسم المنفصلة.
تابع المراجعة مع الرفع والمقاومة ومعاملات المقطع لريش توربينات الرياح.
تابع المراجعة مع عدد رينولدز لريش توربينات الرياح الصغيرة وتشابه التدفق.
تابع المراجعة مع نظرية زخم عنصر الريشة: الاقتران والافتراضات.
وسّع مراجعة التدفق المحلي مع كثافة الهواء ومدخلاتها البيئية و كميات الضغط الديناميكي والساكن.
معلومات عامة: NASA Glenn: السرعة النسبية والأطر المرجعية · OpenFAST: المستوى المحلي للمقطع الهوائي وإسقاط التدفق النسبي. 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 |
|---|---|---|
| U | سرعة الهواء في الإطار المختار، m/s | احتفظ باتجاهه ومرجعه. |
| v | سرعة مقطع الريشة المعني، m/s | استخدم الإطار نفسه المستخدم لـ U. |
| W | U − v، سرعة الهواء النسبية | فرق متجهي، وليس طرح مقداري السرعة. |
| φ و β | زاويتا التدفق والوتر في إحداثيات محددة | وحّد المراجع قبل الطرح. |
| α | الزاوية بين الوتر والتدفق النسبي | لا يحدد القوة بمفرده. |
أسئلة هندسية.
هل سرعة الرياح عند الأرض هي السرعة النسبية للمقطع؟
ليس عادةً. فحركة المقطع والتدفق المستحث ذي الصلة يغيّران السرعة النسبية.
هل يمكنني طرح مقداري السرعتين؟
ليس عمومًا؛ يجب طرح السرعات كمتجهات في إطار مشترك.
لماذا تبلغ سرعة المثال 10 m/s؟
تعطي المركّبتان المتعامدتان 6 و−8 m/s المقدار √(6²+8²).
هل تساوي زاوية تركيب الريشة زاوية الهجوم؟
لا. تعتمد زاوية الهجوم أيضًا على تدفق الهواء النسبي المحلي.
هل α = φ − β ترميز موحد؟
فقط عند توافق مراجع الزوايا وإشاراتها وتعريفها صراحةً.
هل يحدد هذا الزوايا الفعلية للطراز؟
لا. إنه يشرح علاقة إحداثية ومثالًا افتراضيًا.
استفسار فني
ناقش السؤال الفني.
تختلف سرعة الهواء التي يراها مقطع ريشة متحرك عن سرعة الرياح التي تُرى من الأرض. شارك الطراز ومعلومات التشغيل أو التصميم المنطبقة لإجراء مناقشة هندسية.