Tecnología / Guía técnica
Flujo de entrada con rotor desalineado: componentes de velocidad y estela oblicua
Un flujo de entrada desalineado hace que la dirección del viento difiera de la dirección del eje del rotor. Descomponer el flujo en componentes normales y en el plano es solo el primer paso. Las secciones giratorias y la estela inducida pueden entonces encontrarse con un estado aerodinámico asimétrico.
Sigue la geometría antes de abordar la respuesta.
Un ángulo de orientación con signo requiere una convención de eje y sentido. La proyección explica las componentes entrantes, mientras que la estela y la carga local de las palas requieren relaciones aerodinámicas adicionales, más allá del ángulo geométrico por sí solo.
01 / Geometría
Un ángulo de orientación de la góndola describe una relación de orientación.
Para la geometría horizontal simple utilizada aquí, γ es el ángulo, con signo, entre el eje del rotor y la dirección de la velocidad entrante designada.
Para la geometría horizontal simple utilizada aquí, γ es el ángulo, con signo, entre el eje del rotor y la dirección de la velocidad entrante designada. El eje perpendicular al disco del rotor y la referencia de velocidad deben definirse juntos. La inclinación y el movimiento estructural añaden distinciones más allá de esta ilustración bidimensional.
Un rumbo meteorológico que indica de dónde viene el viento utiliza una convención direccional distinta de la de una velocidad que apunta en el sentido del flujo. Esas descripciones no pueden restarse como si fueran idénticas. El Guía de dirección y alineación. explica esa cuestión previa sobre la referencia.
02 / Proyección
Un vector produce componentes normales y de flujo transversal.
Para una velocidad horizontal uniforme de magnitud U en esta geometría definida, la componente normal al disco es U cos γ y la componente de flujo transversal en el plano del disco es U sin γ.
Para una velocidad horizontal uniforme de magnitud U en esta geometría definida, la componente normal al disco es U cos γ y la componente de flujo transversal en el plano es U sin γ. Estas son proyecciones vectoriales; por sí solas no indican la velocidad inducida ni la potencia eléctrica.
Con los valores hipotéticos U = 10 m/s y γ = 30°, sus magnitudes son aproximadamente 8.66 y 5 m/s. Invertir el signo de γ cambia el signo del flujo transversal y mantiene la misma proyección coseno. Por tanto, una inversión de signo puede invertir una asimetría espacial sin cambiar esa magnitud de la velocidad normal.
03 / Azimut
La rotación modifica la forma en que el flujo transversal interactúa con una sección.
La dirección tangencial de una sección de pala cambia alrededor del rotor.
La dirección tangencial de una sección de la pala cambia alrededor del rotor. Por tanto, la componente fija del flujo transversal se proyecta de forma diferente sobre esa dirección local en distintos azimuts. El flujo relativo incluye tanto el movimiento de la sección como la velocidad del aire circundante.
Esto puede introducir variaciones periódicas en el ángulo y la velocidad del flujo de una sección, incluso cuando el vector de viento especificado aguas arriba es constante. Es distinto de una ráfaga que cambia con el tiempo todo el viento aguas arriba. Esta explicación geométrica por sí sola no permite deducir ningún historial real del ángulo de ataque de MARSTON.
04 / Respuesta de la estela
El campo inducido no tiene por qué seguir siendo axisimétrico.
Un rotor sometido a carga modifica la cantidad de movimiento del flujo, y las condiciones de desalineación respecto al viento pueden producir una estela oblicua o desviada con un campo inducido no uniforme.
Un rotor bajo carga modifica la cantidad de movimiento del flujo, y las condiciones de desalineación de orientación pueden producir una estela oblicua o desviada con un campo inducido no uniforme. La teoría de FAST.Farm describe por separado la desviación del plano de la estela y una representación de estela curvada para un flujo de entrada oblicuo.
Estas son distinciones entre modelos, no una prueba de que cada estela tenga una forma prescrita. No debe afirmarse que la dirección de la estela, la dirección del eje del rotor y la dirección de la velocidad muy aguas arriba sean idénticas. Su relación también depende de la carga y del flujo circundante representado por el modelo elegido.
05 / Simplificaciones de potencia
Una proyección normal no constituye una ley completa de pérdidas por desalineación de la góndola.
Elevar U cos γ al cubo en una expresión energética simplificada produciría un factor de coseno al cubo únicamente bajo los supuestos asociados a esa expresión.
Elevar U cos γ al cubo en una expresión simplificada de energía produciría un factor de coseno al cubo únicamente bajo las hipótesis asociadas. Esa manipulación no permite establecer un exponente universal medido de pérdidas por desalineación de orientación para un rotor real, y mucho menos para un conjunto eléctrico completo.
Los coeficientes locales, la inducción, el movimiento de rotación y la respuesta de funcionamiento siguen siendo relevantes. Un modelo que concentra estos efectos en un único factor ajustado necesita sus propias condiciones. Esta página explica por qué la proyección geométrica y la potencia resultante de la máquina son niveles de descripción diferentes.
06 / Condiciones
Separe la explicación aerodinámica de las órdenes de orientación de la góndola.
Un modelo de elementos de pala puede requerir un tratamiento explícito del flujo oblicuo; una representación más detallada de la estela tiene hipótesis y un alcance computacional diferentes.
Un modelo de elementos de pala puede requerir un tratamiento explícito del flujo oblicuo; una representación más detallada de la estela tiene supuestos y un alcance computacional diferentes. Un mayor detalle del modelo por sí solo no certifica una predicción de carga o rendimiento. El guía de BEM aborda el acoplamiento subyacente.
La orientación eléctrica de la góndola está confirmada para la gama actual de MARSTON, pero aquí no se atribuye ningún exponente de pérdidas por desalineación, función de direccionamiento de estelas ni algoritmo de corrección implementado. Esta explicación no proporciona ningún ajuste de desalineación intencional, programa de maniobras ni ajuste operativo.
Guías técnicas relacionadas: Presión dinámica y estática de aerogeneradores y coeficientes · Espectros de turbulencia del viento, escalas temporales y espaciales · Promediado espacial del rotor: viento puntual, media del área y velocidad equivalente.
Trasfondo general: OpenFAST FAST.Farm: referencia de orientación de la góndola, desviación de la estela y modelos de flujo oblicuo. Estas referencias explican conceptos del sector; son independientes de los documentos aplicables del producto y del proyecto MARSTON.
Conceptos y condiciones principales.
Lea cada cantidad con su referencia, unidades y condiciones especificadas. Una relación general no establece un valor específico para un modelo.
| Concepto / magnitud | Significado / relación | Condiciones / límites |
|---|---|---|
| Ángulo de orientación de la góndola | γ con ejes y signo definidos | La dirección del vector velocidad y la dirección de procedencia del viento son distintas. |
| Componente normal | U cos γ | Proyección horizontal simple y uniforme. |
| Componente de flujo transversal | U sin γ | El signo cambia según la convención de orientación de la góndola. |
| Variación azimutal | Proyección local de la sección giratoria | Puede ocurrir con un flujo estacionario aguas arriba. |
| Estela oblicua | Respuesta del modelo de flujo inducido. | No especificado únicamente por proyección. |
Preguntas de ingeniería.
¿El flujo de entrada desalineado contiene únicamente una componente de velocidad normal menor?
No. También tiene una componente en el plano en la geometría especificada.
¿Invertir el signo del ángulo de desalineación de orientación cambia U cos γ?
Su magnitud no cambia, pero la componente seno se invierte.
¿Puede un viento estacionario desalineado respecto al eje del rotor producir variaciones periódicas en la sección?
Sí. La dirección de la sección cambia al rotar.
¿Debe la dirección de la estela coincidir con la dirección del eje del rotor?
No. Un flujo oblicuo sometido a carga puede desviarse y seguir siendo no uniforme.
¿Es el coseno al cubo una ley universal de pérdidas por desalineación para turbinas reales?
No. Esto se deriva de una simplificación particular, no de cada respuesta de máquina.
¿La orientación eléctrica de la góndola confirma la capacidad de dirigir la estela?
No. Un concepto aerodinámico no establece esa función de control.
Consulta técnica
Comenta la cuestión técnica.
El flujo de entrada desalineado hace que la dirección del viento difiera de la dirección del eje del rotor. Comparte el modelo y la información aplicable de funcionamiento o diseño para una discusión de ingeniería.