Technologie / Guide technique
Moyennage spatial du rotor : vent ponctuel, moyenne surfacique et vitesse équivalente
Un rotor rencontre un champ réparti sur une aire, tandis qu’un relevé de vent appartient à une position. Le moyennage spatial condense ce champ pour un objectif défini. Une vitesse vectorielle moyenne, une moyenne des normes de vitesse et un scalaire équivalent en énergie ne sont pas nécessairement interchangeables.
Choisissez ce que la moyenne doit préserver.
Une moyenne est une opération appliquée à une grandeur spécifiée sur une région spécifiée. Expliciter les poids surfaciques et la direction explique ce qui est préservé et quelles informations sur le champ du plan du rotor sont éliminées.
01 / Point et aire
Une position ne représente pas tous les emplacements.
Un relevé ponctuel peut différer des valeurs voisines du fait du cisaillement, de la turbulence ou d’une perturbation non uniforme.
Un relevé ponctuel peut différer des valeurs voisines du fait du cisaillement, de la turbulence ou d’une perturbation non uniforme. Une moyenne surfacique représente les valeurs sur un plan choisi. Le plan géométrique, les directions de coordonnées et l’instant ou la base de moyennage temporel doivent être précisés.
Une valeur au moyeu n’est pas automatiquement la moyenne dans le plan du rotor. De même, cette moyenne n’est pas la vitesse vue par chaque section de pale en mouvement. Le guide de l’écoulement relatif traite de cette grandeur locale distincte dans un repère mobile.
02 / Poids surfaciques
Utilisez la région représentée par chaque valeur.
Pour des valeurs scalaires Uj représentant des sous-aires Aj, une moyenne pondérée par l’aire est Σ(Aj Uj)/ΣAj.
Pour des valeurs scalaires Uj représentant des sous-aires Aj, une moyenne pondérée par l’aire est Σ(Aj Uj)/ΣAj. Une pondération numérique égale n’est équivalente que si les sous-aires représentées sont égales. Une collecte plus fine dans une région ne doit pas lui attribuer accidentellement davantage d’aire physique.
Un disque hypothétique divisé en régions d’aires égales à 6 et 10 m/s a une moyenne de 8 m/s. Si la région à 6 m/s occupe plutôt les trois quarts de l’aire, les mêmes deux vitesses donnent 7 m/s. Les poids spatiaux changent le résultat sans modifier aucun relevé local.
03 / Vecteurs
Moyennez les composantes avant d’interpréter la direction.
Pour une moyenne vectorielle, chaque composante de vitesse reçoit les mêmes poids surfaciques cohérents.
Pour une moyenne vectorielle, chaque composante de vitesse reçoit les mêmes poids surfaciques cohérents. Prendre ensuite la norme diffère généralement de la moyenne des normes locales. Les différences de direction peuvent se compenser en partie même lorsque les normes locales de vitesse restent élevées.
Pour des vecteurs d’aires égales (6,2) et (6,−2) m/s, la moyenne vectorielle est (6,0), de norme 6 m/s. Chaque norme locale vaut environ 6.32 m/s. Cette géométrie fictive illustre une différence de définition, pas un relevé d’écoulement entrant MARSTON.
04 / Scalaire équivalent
Une moyenne cubique préserve une autre grandeur.
Pour un écoulement parallèle normal à l’aire, une masse volumique uniforme et des vitesses locales non négatives, définissez Ueq = [Σ(Aj Uj³)/ΣAj]^(1/3).
Pour un écoulement parallèle normal à l’aire, une masse volumique uniforme et des vitesses locales non négatives, définissez Ueq = [Σ(Aj Uj³)/ΣAj]^(1/3). Cela préserve le flux d’énergie cinétique intégré sur l’aire de cette représentation particulière de l’écoulement entrant ; ce n’est pas la moyenne arithmétique.
L’exemple à aires égales de 6/10 m/s donne une moyenne cubique d’environ 8.47 m/s, contre sa moyenne arithmétique de 8 m/s. Un écoulement oblique exige le facteur de flux normal approprié ainsi que la norme de vitesse. Aucun scalaire équivalent présenté ici ne prédit la puissance électrique ni ne modifie une courbe de puissance réelle.
05 / Grandeur du modèle
Une moyenne de simulation a un rôle physique nommé.
La documentation de FAST.Farm nomme une vitesse relative moyennée sur le disque du rotor et distingue sa composante normale au disque.
La documentation de FAST.Farm nomme une vitesse relative moyennée sur le disque du rotor et distingue sa composante normale au disque. C’est une entrée ou un agrégat définis du modèle, pas une autorisation à traiter toutes les moyennes possibles comme un même nombre.
Une composante normale peut servir à une normalisation de quantité de mouvement ou de charge, tandis qu’un calcul local de section conserve d’autres composantes. Les moyennes éliminent aussi les motifs spatiaux : deux champs de moyennes identiques peuvent répartir différemment les vitesses élevées et faibles sur le trajet de la pale.
06 / Perte d’information
Séparez le moyennage spatial du moyennage temporel.
Le moyennage temporel suit une grandeur dans le temps ; le moyennage surfacique combine des positions spatiales simultanées.
Le moyennage temporel suit une grandeur dans le temps ; le moyennage surfacique combine des positions spatiales simultanées. Appliquer les deux exige de préciser leur ordre et toute opération non linéaire entre eux. Le guide des moyennes non linéaires explique pourquoi élever au cube change cette question.
Cette page ne fournit ni procédure d’échantillonnage du plan du rotor, ni algorithme de vent équivalent propre à un produit, ni estimation de production MARSTON. Elle explique les choix de représentation ; le seul diamètre nominal du rotor ne reconstitue pas un champ spatial réel de vitesse ni son interaction avec la machine.
Guides techniques associés : Masse volumique de l’air en éolien : température, pression et humidité · Spectres de turbulence du vent, échelles temporelles et spatiales · Moyennes non linéaires : pourquoi élever la moyenne au cube change le résultat.
Contexte général : OpenFAST FAST.Farm : grandeurs définies d’écoulement relatif moyennées sur le disque. Ces références expliquent les concepts du secteur ; elles sont distinctes des documents applicables aux produits et projets MARSTON.
Notions et conditions essentielles.
Interprétez chaque grandeur avec sa référence, ses unités et les conditions indiquées. Une relation générale ne fixe pas une valeur propre à un modèle.
| Notion / grandeur | Signification / relation | Conditions / limites |
|---|---|---|
| Valeur ponctuelle | Une position et une base temporelle | Pas automatiquement la moyenne du disque. |
| Moyenne surfacique | ΣAjUj / ΣAj | Les poids représentent des sous-aires physiques. |
| Moyenne vectorielle | Moyenne pondérée des composantes | La norme prise après moyennage diffère. |
| Équivalent cubique | [ΣAjUj³ / ΣAj]^(1/3) | Écoulement parallèle normal et masse volumique uniforme. |
| Vitesse normale | Composante perpendiculaire au disque | Distincte de la norme complète de vitesse. |
Questions d’ingénierie.
Un relevé au moyeu est-il égal à la moyenne dans le plan du rotor ?
Seulement dans les conditions rendant cette représentation valide ; ce n’est pas une identité.
Peut-on pondérer également des sous-aires inégales ?
Cela représenterait généralement une moyenne physique différente.
La vitesse moyenne est-elle la norme du vecteur vitesse moyen ?
Pas généralement. Les variations de direction les font différer.
La vitesse cubique équivalente prédit-elle la puissance d’un produit ?
Non. Elle préserve uniquement la représentation spécifiée du flux d’énergie de l’écoulement entrant.
Deux champs peuvent-ils partager une moyenne mais charger une pale différemment ?
Oui. La moyenne élimine des informations sur la répartition spatiale et la chronologie.
Moyennes spatiales et temporelles sont-elles la même opération ?
Non. Elles combinent des valeurs sur des domaines différents et nécessitent des définitions explicites.
Demande technique
Discutez de la question technique.
Un rotor rencontre un champ réparti sur une aire, tandis qu’un relevé de vent appartient à une position. Transmettez le modèle et les informations de fonctionnement ou de conception applicables pour une discussion d’ingénierie.