التقنية / دليل فني
التدفق الداخل إلى دوّار منحرف عن اتجاه الرياح: مركّبات السرعة والأثر الهوائي المائل
يجعل التدفق الوارد المائل اتجاه الرياح مختلفًا عن اتجاه محور الدوار. وتحليل التدفق إلى مركبات عمودية على مستوى الدوار وأخرى ضمن مستواه ليس سوى الخطوة الأولى. وقد تواجه المقاطع الدوارة والأثر الهوائي المستحث بعد ذلك حالة ديناميكية هوائية غير متماثلة.
تتبّع الشكل الهندسي قبل مناقشة الاستجابة.
تتطلب زاوية التوجيه ذات الإشارة الجبرية تحديد محور واصطلاح للاتجاه. يوضح الإسقاط مكونات التدفق الوارد، بينما يتطلب الأثر الهوائي خلف الدوار والتحميل الموضعي على الشفرات علاقات ديناميكية هوائية إضافية تتجاوز الزاوية الهندسية وحدها.
01 / الشكل الهندسي
تصف زاوية التوجيه علاقة بين الاتجاهات.
في الترتيب الهندسي الأفقي البسيط المستخدم هنا، تمثل γ الزاوية ذات الإشارة بين محور الدوار والاتجاه المعتمد لسرعة الجريان الوارد.
في الشكل الهندسي الأفقي البسيط المستخدم هنا، تمثل γ الزاوية ذات الإشارة بين محور الدوار واتجاه سرعة الرياح الواردة المحدد مرجعًا. يجب تعريف المحور العمودي على قرص الدوار ومرجع السرعة معًا. يضيف الميل والحركة الهيكلية فروقًا تتجاوز هذا الرسم التوضيحي ثنائي الأبعاد.
يستخدم اتجاه منشأ الرياح في الأرصاد الجوية اصطلاحًا اتجاهيًا يختلف عن اصطلاح متجه السرعة الذي يشير نحو اتجاه الجريان. ولا يمكن طرح هذين الوصفين كما لو كانا متطابقين. إن دليل الاتجاه والمحاذاة يشرح مسألة المرجع السابقة تلك.
02 / الإسقاط
ينتج متجه واحد مركبتين: عمودية وعرضية بالنسبة إلى التدفق.
لسرعة أفقية منتظمة مقدارها U في هذا الترتيب الهندسي المحدد، تكون المركبة العمودية على القرص U cos γ، وتكون مركبة الجريان العرضي الواقعة في مستوى القرص U sin γ.
لسرعة أفقية منتظمة مقدارها U في هذا الترتيب الهندسي المحدد، تكون المركبة العمودية على القرص U cos γ، ومركبة الجريان العرضي في مستوى القرص U sin γ. هذه إسقاطات متجهة؛ ولا تحدد بمفردها السرعة المستحثة أو القدرة الكهربائية.
بافتراض U = 10 m/s وγ = 30°، يبلغ مقداراهما نحو 8.66 و5 m/s. ويؤدي عكس إشارة γ إلى تغيير إشارة التدفق العرضي مع الإبقاء على إسقاط جيب التمام نفسه. ولذلك يمكن أن يعكس تغير الإشارة عدم التماثل المكاني دون تغيير مقدار مركبة السرعة العمودية تلك.
03 / الزاوية الأفقية
يغيّر الدوران كيفية التقاء التدفق العرضي بمقطع الريشة.
يتغير الاتجاه المماسي لمقطع الشفرة حول الدوار.
يتغير الاتجاه المماسي لمقطع الريشة حول الدوار. ولذلك يختلف إسقاط مركّبة الجريان العرضي الثابتة على ذلك الاتجاه المحلي باختلاف الزوايا السمتية. ويشمل الجريان النسبي حركة المقطع إلى جانب سرعة الهواء المحيط.
قد يؤدي ذلك إلى تغير دوري في زاوية الجريان وسرعته عند مقطع من الريشة، حتى عندما يكون متجه الرياح المحدد أمام الدوار ثابتًا. وهذا يختلف عن هبّة تغيّر الرياح بأكملها أمام الدوار مع الزمن. ولا يمكن استنتاج سجل زمني فعلي لزاوية الهجوم في MARSTON من هذا التفسير الهندسي وحده.
04 / استجابة الذيل الهوائي
لا يلزم أن يظل المجال المستحث متناظرًا محوريًا.
يغيّر الدوار الواقع تحت حمل زخم الجريان، وقد يؤدي عدم محاذاته لاتجاه الرياح إلى أثر هوائي مائل أو منحرف ذي مجال مستحث غير منتظم.
يغيّر الدوار الواقع تحت حمل زخم الجريان، وقد تؤدي حالات انحرافه عن اتجاه الرياح إلى أثر هوائي مائل أو منحرف خلفه مع مجال مستحث غير منتظم. وتصف نظرية FAST.Farm بصورة منفصلة انحراف مستوى الأثر الهوائي وتمثيلًا لأثر هوائي ملتف عند الجريان الداخل المائل.
هذه فروق بين النماذج، وليست دليلًا على أن لكل أثر خلفي شكلًا واحدًا مقررًا. ينبغي عدم اعتبار اتجاه الأثر الخلفي واتجاه محور الدوار واتجاه السرعة بعيدًا أمام الدوار متطابقة. وتعتمد العلاقة بينها أيضًا على التحميل والتدفق المحيط الذي يمثله النموذج المختار.
05 / اختصارات حساب القدرة
الإسقاط العمودي لا يشكّل قانونًا كاملًا للفواقد الناتجة عن انحراف التوجيه عن الرياح.
إن رفع U cos γ إلى القوة الثالثة في تعبير مبسّط للطاقة لا ينتج عامل جيب تمام مكعّب إلا ضمن الافتراضات المرتبطة به.
إن رفع U cos γ إلى القوة الثالثة في تعبير مبسط للطاقة ينتج عامل جيب تمام مكعب فقط ضمن الافتراضات المرتبطة به. ولا يمكن لهذه المعالجة أن تثبت أسًّا عامًا مقاسًا لفقد الانحراف عن اتجاه الرياح لدوار حقيقي، فضلًا عن حزمة كهربائية كاملة.
تظل المعاملات المحلية والحث والحركة الدورانية والاستجابة التشغيلية عوامل ذات صلة. ويحتاج النموذج الذي يختزل هذه التأثيرات في عامل واحد ملائم للبيانات إلى شروطه الخاصة. وتشرح هذه الصفحة لماذا يمثل الإسقاط الهندسي وقدرة الآلة الناتجة مستويين مختلفين من الوصف.
06 / الشروط
افصل التفسير الديناميكي الهوائي عن أوامر التوجيه.
قد يتطلب نموذج عناصر الريشة معالجة صريحة للجريان المائل؛ أما التمثيل الأكثر تفصيلًا للأثر الهوائي خلف الدوار فله افتراضات ونطاق حسابي مختلفان.
قد يتطلب نموذج عناصر الريشة معالجة صريحة للتدفق المائل؛ أما التمثيل الأكثر تفصيلًا للأثر الهوائي فله افتراضات ونطاق حسابي مختلفان. زيادة تفاصيل النموذج وحدها لا تثبت صحة تنبؤ بالأحمال أو الأداء. إن دليل BEM يتناول الاقتران الأساسي.
التوجيه الكهربائي لحاضنة التوربين مؤكد لتشكيلة MARSTON الحالية، لكن لا يُنسب هنا أي أُسّ لفقد التوجيه أو وظيفة لتوجيه أثر الرياح خلف التوربين أو خوارزمية تصحيح منفّذة. ولا يقدم هذا الشرح أي إعداد لانحراف مقصود عن اتجاه الرياح أو جدول مناورات أو ضبط تشغيلي.
أدلة فنية ذات صلة: الضغط الديناميكي والضغط الساكن والمعاملات في توربينات الرياح · أطياف اضطراب الرياح والمقاييس الزمنية والمكانية · المتوسط المكاني للدوّار: الرياح النقطية ومتوسط المساحة والسرعة المكافئة.
معلومات عامة: OpenFAST FAST.Farm: مرجع التوجيه وانحراف الذيل الهوائي ونماذج التدفق المائل. 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 |
|---|---|---|
| زاوية توجيه حاضنة التوربين | γ مع محاور وإشارة محددة | يختلف اتجاه متجه السرعة عن اتجاه هبوب الرياح منه. |
| المركبة العمودية | U cos γ | إسقاط أفقي بسيط ومنتظم. |
| مركّبة التدفق المتقاطع | U sin γ | تتغير الإشارة بحسب اصطلاح التوجيه المستخدم. |
| التغيّر السمتي | إسقاط المقطع الدوّار المحلي | قد يحدث مع ثبات التدفق الوارد من المنبع. |
| ذيل هوائي مائل | استجابة نموذج التدفق المستحث | لا يتحدد بالإسقاط وحده. |
أسئلة هندسية.
هل يقتصر الجريان الوارد المائل عن محور الدوار على سرعة عمودية أقل؟
لا. له أيضًا مركّبة ضمن المستوى في الشكل الهندسي المذكور.
هل يغيّر عكس إشارة زاوية الانحراف عن اتجاه الرياح قيمة U cos γ؟
يبقى مقداره دون تغيير، بينما تنعكس إشارة مركبة الجيب.
هل يمكن لرياح ثابتة مائلة عن محور الدوّار أن تُحدث تغيرًا دوريًا عند مقطع الشفرة؟
نعم. يتغير اتجاه المقطع أثناء دورانه.
هل يجب أن يطابق اتجاه أثر الجريان خلف الدوار اتجاه محور الدوار؟
لا. يمكن لتدفق مائل خاضع للتحميل أن ينحرف ويظل غير منتظم.
هل مكعب جيب التمام قانون عام لفقد التوجيه في التوربينات الفعلية؟
لا، وذلك يرجع إلى تبسيط معين، وليس إلى كل استجابة من الآلة.
هل يثبت التوجيه الكهربائي لحاضنة التوربين وجود توجيه لأثر الرياح خلف التوربين؟
لا. لا يثبت مفهوم ديناميكي هوائي وجود وظيفة التحكم تلك.
استفسار فني
ناقش السؤال الفني.
يجعل التدفق الوارد المائل اتجاه الرياح مختلفًا عن اتجاه محور الدوار. شارك الطراز ومعلومات التشغيل أو التصميم ذات الصلة لإجراء مناقشة هندسية.