Tecnología / Guía técnica
Número de Reynolds de palas de pequeña eólica y similitud del flujo
El número de Reynolds compara las escalas inerciales y viscosas del flujo. Para una sección de pala suele utilizar una longitud local y una velocidad relativa. La potencia nominal de la turbina o la velocidad del viento a nivel del suelo no lo determinan por sí solas.
Escale el flujo utilizando una sección definida.
Un número adimensional elimina las unidades, no la necesidad de una geometría y unas condiciones claras. La similitud debe interpretarse junto a las otras variables que gobiernan el flujo.
01 / Definición
El número de Reynolds compara escalas del flujo.
Re = ρWc/μ = Wc/ν para una definición de sección basada en la cuerda.
Re = ρWc/μ = Wc/ν para una definición de sección basada en la cuerda. Aquí c es la cuerda en metros, W la velocidad relativa en m/s, μ la viscosidad dinámica en Pa·s y ν = μ/ρ la viscosidad cinemática en m²/s. La relación resultante no tiene unidades.
La explicación de NASA sobre la capa límite presenta la relación general entre velocidad, longitud y viscosidad. Elegir la cuerda hace explícita la convención de sección; otro problema puede utilizar otra longitud característica y, por tanto, otro valor numérico de Re.
02 / Velocidad
El movimiento local cambia la velocidad relevante.
Una sección en rotación experimenta el aire con respecto a su propio movimiento, incluidas las componentes de flujo inducido pertinentes.
Una sección en rotación experimenta el aire con respecto a su propio movimiento, incluidas las componentes de flujo inducido pertinentes. Por tanto, su escala de velocidad difiere de una mera observación estacionaria del viento. Las secciones a distintos radios pueden tener velocidades relativas distintas.
Utilizar el diámetro del rotor y el viento a nivel del suelo crea una magnitud a escala de rotor, no automáticamente el Re basado en la cuerda de cada sección del perfil. La guía de flujo relativo explica esa distinción.
03 / Ejemplo resuelto
Compruebe las unidades de viscosidad antes de dividir.
Para una cuerda hipotética de 0.20 m, una velocidad relativa de 15 m/s y una viscosidad cinemática de 1.5 × 10⁻⁵ m²/s, Re = 15 × 0.20 /(1.5 × 10⁻⁵) = 200,000..
Para una cuerda hipotética de 0.20 m, una velocidad relativa de 15 m/s y una viscosidad cinemática de 1.5 × 10⁻⁵ m²/s, Re = 15 × 0.20 /(1.5 × 10⁻⁵) = 200,000.
Esto no es un punto de funcionamiento de MARSTON. Si se proporciona viscosidad dinámica en su lugar, también debe incluirse la densidad. Sustituir un valor en Pa·s en la forma de viscosidad cinemática mezclaría magnitudes distintas.
04 / Cambios de escala
Igual Re no hace idénticas dos secciones.
Duplicar la cuerda y reducir a la mitad la velocidad conserva Wc y, por tanto, Re si la viscosidad no cambia.
Duplicar la cuerda y reducir a la mitad la velocidad conserva Wc y, por tanto, Re si la viscosidad no cambia. No conserva la presión dinámica, la escala de fuerza ni la geometría. Igual Re no debe interpretarse como igual fuerza o igual potencia de salida del rotor.
A la inversa, un cambio de las condiciones del fluido puede modificar Re sin rediseñar las dimensiones. La similitud es una afirmación sobre una relación adimensional definida, no una prueba de que todas las demás condiciones físicas coincidan.
05 / Capa límite
La transición y la separación necesitan contexto adicional.
El comportamiento viscoso próximo a una superficie influye en la respuesta aerodinámica.
El comportamiento viscoso próximo a una superficie influye en la respuesta aerodinámica. El número de Reynolds es relevante para ese comportamiento, pero también pueden importar el estado superficial, la distribución de presión y las perturbaciones. No puede asignarse un umbral universal de transición a todas las secciones de pala.
Por tanto, un coeficiente de perfil aerodinámico tomado de una condición debe conservar su Re y la información pertinente del estado. La guía de separación del flujo trata otro aspecto de la respuesta de la capa límite.
06 / Alcance de la similitud
Comparar secciones exige más de una cifra.
El ángulo de ataque, la forma del perfil y el estado superficial siguen siendo condiciones distintas junto a Re.
El ángulo de ataque, la forma del perfil y el estado superficial siguen siendo condiciones distintas junto a Re. La compresibilidad o los efectos no estacionarios pueden añadir otros parámetros de similitud cuando corresponda. Igualar solo Re no demuestra que dos flujos completos sean equivalentes.
Los diámetros nominales de rotor de MARSTON no proporcionan cuerdas de sección, velocidades locales ni condiciones de viscosidad. Esta explicación no asigna ningún rango real de números de Reynolds ni corrección de coeficientes.
Continúe la revisión con Flujo relativo de la pala e incidencia aerodinámica.
Continúe la revisión con Sustentación, resistencia y coeficientes de sección de la pala.
Continúe la revisión con Pérdida aerodinámica de la pala y separación del flujo.
Información general: NASA Glenn: número de Reynolds y escalas del flujo viscoso junto a la superficie. Estas referencias explican conceptos del sector; son independientes de los documentos aplicables de productos y proyectos MARSTON.
Conceptos y condiciones principales.
Interprete cada magnitud con su referencia, sus unidades y las condiciones indicadas. Una relación general no establece un valor específico de un modelo.
| Concepto / magnitud | Significado / relación | Condiciones / límites |
|---|---|---|
| c | Cuerda característica de la sección, m | Identifique la convención de longitud. |
| W | Escala de velocidad relativa local, m/s | No sustituya automáticamente por el viento a nivel del suelo. |
| μ | Viscosidad dinámica, Pa·s | Utilice la densidad en ρWc/μ. |
| ν | Viscosidad cinemática, m²/s | Utilice Wc/ν. |
| Re | Relación adimensional entre escalas inerciales y viscosas | Igualarlo por sí solo no iguala todas las condiciones del flujo. |
Preguntas de ingeniería.
¿Los kW nominales pueden determinar el Re de la pala?
No. Se necesitan la geometría local, la velocidad relativa y las propiedades del fluido.
¿μ y ν son intercambiables?
No. Tienen unidades distintas y se relacionan mediante ν = μ/ρ.
¿Igual Re significa igual sustentación?
No. Pueden diferir la geometría, el ángulo, la escala de fuerza de referencia y otras condiciones.
¿El Re basado en el diámetro del rotor es un Re de sección?
No automáticamente; las definiciones de longitud característica y velocidad son distintas.
¿200,000 es una especificación de MARSTON?
No. Se calcula con entradas hipotéticas.
¿Un umbral de Re define la transición en todas partes?
No se proporciona un umbral universal de pala; importan otras condiciones de la capa límite.
Consulta técnica
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