Technologie / Technischer Leitfaden
Blattelement-Impulstheorie: Kopplung und Annahmen
Die Blattelement-Impulstheorie kombiniert zwei Beschreibungen eines Rotors: lokale aerodynamische Profile und die Impulsänderung der Strömung. Die induzierte Strömung verbindet sie. Sie ist ein Modellrahmen, keine gemessene Leistungskurve und kein Nachweis einer zertifizierten Blattauslegung.
Das Profil ist der Strömung ausgesetzt, die auch vom Rotor verändert wird.
Blattkräfte hängen von der lokalen Relativströmung ab, während diese Kräfte die durch die Impulsbilanz abgebildete Strömung verändern. Wird eine Seite ohne diese Verbindung gelöst, bleibt der physikalische Kreislauf unvollständig.
01 / Blattelemente
Lokale Kräfte gehen von Profileigenschaften aus.
Ein dargestelltes Blatt in radiale Elemente mit Geometrie und Profildaten unterteilen.
Ein dargestelltes Blatt in radiale Elemente mit Geometrie und Profildaten unterteilen. An jedem Element sind Relativgeschwindigkeit und Anstellwinkel mit Auftriebs-, Widerstands- und Nickmomentbeschreibungen verbunden. Die lokalen Kräfte lassen sich anschließend in Rotorkoordinaten zerlegen.
Die Integration der mit dem Radius multiplizierten Tangentialkraft liefert einen Beitrag zum Rotordrehmoment. Rotornormale Komponenten tragen zum Schub bei. Das sind unterschiedliche Integrale, sodass der Auftriebsbeiwert eines Profils nicht allein als Leistungsbeiwert des gesamten Rotors dienen kann.
02 / Impulsbetrachtung
Der Rotor wirkt auf einen Luftstrom ein.
Die Impulsbetrachtung bildet Änderungen der axialen und, sofern einbezogen, rotierenden Strömung durch Ringbereiche ab.
Die Impulsbetrachtung bildet Änderungen der axialen und, sofern einbezogen, rotierenden Strömung durch Ringbereiche ab. Eine idealisierte Formulierung bei ausgerichteter Anströmung ordnet einem Scheibenbereich die zugehörige Strömungsbilanz zu. Ihre Mittelungs- und Geometrieannahmen sind Teil des Modells.
Blattelement- und Impulsbeschreibung müssen dieselbe Belastung und Strömung darstellen. Die Ringbilanz ist keine vollständige dreidimensionale Simulation jedes Wirbels oder radialen Austauschs an einem realen Rotor.
03 / Induktion
Strömungsreferenz und Strömung in der Rotorebene unterscheiden sich.
Für eine festgelegte Konvention bei ausgerichteter Anströmung kann ein axialer Induktionsfaktor als a = 1 − U_disk/U_ref geschrieben werden, wobei beide Geschwindigkeiten in der gewählten positiven Axialrichtung liegen.
Für eine festgelegte Konvention bei ausgerichteter Anströmung kann ein axialer Induktionsfaktor als a = 1 − U_disk/U_ref geschrieben werden, wobei beide Geschwindigkeiten in der gewählten positiven Axialrichtung liegen. Dies definiert einen Vergleich zwischen Referenzströmung und abgebildeter Scheibenströmung.
Tangentiale Induktion beschreibt einen separaten Beitrag der Rotationsströmung und benötigt eine Vorzeichenkonvention. Keiner der Faktoren ist ein voreingestellter Wirkungsgrad. Sie wirken mit Geometrie, Belastung und Lösungsformulierung zusammen, statt durch die Nennleistung zugewiesene Produkteigenschaften zu sein.
04 / Gekoppelte Lösung
Kraft und Strömung müssen einem konsistenten Zustand entsprechen.
Eine Änderung der induzierten Geschwindigkeit verändert Relativströmung, Winkel und berechnete Profilkräfte.
Eine Änderung der induzierten Geschwindigkeit verändert Relativströmung, Winkel und berechnete Profilkräfte. Diese veränderten Kräfte ändern wiederum die Impulsbeziehung. Eine BEM-Lösung sucht die Konsistenz zwischen diesen Größen; das bloße Kombinieren beliebiger unabhängiger Werte löst diesen Zusammenhang nicht.
Der Theorieüberblick von WISDEM CCBlade zeigt eine Möglichkeit, die konsistente Lösung über einen lokalen Anströmwinkel auszudrücken. Verschiedene Implementierungen können unterschiedliche Korrekturen und Lösungsmethoden verwenden; der Name des Rahmens garantiert keine identischen Ergebnisse.
05 / Modellgrenzen
Zusätzliche Effekte müssen ausdrücklich berücksichtigt werden.
Endliche Blattenden, Schräganströmung, hohe Belastung, zeitliche Änderungen und dreidimensionale Profileffekte können eine einfache stationäre Ringbeschreibung an ihre Grenzen bringen.
Endliche Blattenden, Schräganströmung, hohe Belastung, zeitliche Änderungen und dreidimensionale Profileffekte können eine einfache stationäre Ringbeschreibung an ihre Grenzen bringen. Eine Korrektur verändert das abgebildete Modell; dadurch ist nicht jedes ausgelassene Phänomen automatisch erfasst.
Der Leitfaden zu Endeffekten und Leitfaden zum Nachlauf erläutern verwandte Abgrenzungen. Auch eine detailliertere Berechnung benötigt geeignete Eingangsbedingungen und Einordnung.
06 / Bedeutung des Ergebnisses
Ein Modellergebnis bleibt bedingt.
Berechnetes Drehmoment oder berechneter Schub bezieht sich auf Geometrie, Profildaten, Strömungszustand und Annahmen des Modells.
Berechnetes Drehmoment oder berechneter Schub bezieht sich auf Geometrie, Profildaten, Strömungszustand und Annahmen des Modells. Werden sie geändert, ändert sich die zu lösende Fragestellung. Ein Ergebnis kann Mechanismen erklären, ohne den gesamten Betriebsbereich einer gemessenen Anlage nachzuweisen.
Hier werden für kein MARSTON-Modell ein BEM-Modell, CFD-Ergebnis, eine Blattgeometrie oder ein Validierungsergebnis beansprucht. Diese Erklärung verbindet lokale Aerodynamik mit der Betrachtung der Rotorströmung, ohne Konstruktionsänderungen oder numerische Betriebseinstellungen vorzugeben.
Setzen Sie die Prüfung mit diesem Leitfaden fort: Relativströmung und Anstellwinkel am Windrotorblatt.
Setzen Sie die Prüfung mit diesem Leitfaden fort: Blattspitzen- und Blattwurzeleffekte am Windrotor: Was Korrekturen abbilden.
Setzen Sie die Prüfung mit diesem Leitfaden fort: Nachläufe kleiner Windenergieanlagen: Defizit, Durchmischung und Erholung.
Prüfen Sie die räumliche Windmittelung über den Rotor und Gierschräganströmung und schrägen Nachlauf als weitere Themen zur Rotorströmung und behalten Sie dabei die genannten Annahmen jedes Modells bei.
Allgemeiner Hintergrund: WISDEM CCBlade: Konsistente BEM-Gleichungen für Induktion und Anströmwinkel · OpenFAST OLAF: Grenzen vereinfachter aerodynamischer Darstellungen. Diese Quellen erläutern Branchenkonzepte; sie sind von den geltenden MARSTON-Produkt- und Projektunterlagen zu unterscheiden.
Zentrale Begriffe und Bedingungen.
Lesen Sie jede Größe mit ihrem Bezug, ihren Einheiten und den genannten Bedingungen. Ein allgemeiner Zusammenhang legt keinen modellspezifischen Wert fest.
| Begriff / Größe | Bedeutung / Zusammenhang | Bedingungen / Grenzen |
|---|---|---|
| Blattelement | Beschreibung lokaler Profilkräfte | Benötigt Geometrie und geeignete Beiwertdaten. |
| Impulsbilanz | Abgebildete Luftströmungsänderung | Verwendet ein definiertes Ring-/Strömungsmodell. |
| Axiale Induktion | 1 − U_disk/U_ref in der genannten Konvention | Kein Wirkungsgrad und kein universeller Festwert. |
| Tangentiale Induktion | Abgebildeter Rotationsströmungsbeitrag | Benötigt eine eigene Achsen- und Vorzeichenkonvention. |
| BEM-Ergebnis | Ergebnis des gekoppelten Modells | Abhängig von Eingaben und Korrekturen. |
Technische Fragen.
Verwendet BEM den Bodenwind unverändert an jedem Profil?
Nein. Die abgebildete induzierte Strömung und die Blattbewegung beeinflussen die lokale Relativströmung.
Ist Induktion ein Wirkungsgrad?
Nein. Er bildet eine definierte Strömungsänderung ab.
Entspricht der Cl eines Profils unmittelbar dem Cp des Rotors?
Nein. Kräfte müssen innerhalb des Strömungsmodells zerlegt und integriert werden.
Liefern alle BEM-Implementierungen identische Ergebnisse?
Nein. Eingaben, Korrekturen und Lösungsformulierungen können unterschiedlich sein.
Erfasst eine Endkorrektur die gesamte dreidimensionale Strömung?
Nein. Ihr definierter Geltungsbereich ist enger als die Gesamtheit aller ausgelassenen Effekte.
Ist dies ein MARSTON-Ergebnis zur Konstruktionsvalidierung?
Nein. Dies erläutert den Rahmen und seine Annahmen.
Technische Anfrage
Die technische Frage besprechen.
Die Blattelement-Impulstheorie kombiniert zwei Beschreibungen eines Rotors: lokale aerodynamische Profile und die Impulsänderung der Strömung. Teilen Sie Modell und anwendbare Betriebs- oder Auslegungsinformationen für ein technisches Gespräch mit.