Technologia / Poradnik techniczny
Siła nośna, opór i współczynniki przekroju łopaty turbiny wiatrowej
Siła nośna i opór rozkładają siłę aerodynamiczną względem lokalnego przepływu. Ciąg wirnika i siła napędzająca rozkładają ją we współrzędnych wirnika. To różne rozkłady tej samej siły, więc sama siła nośna nie jest momentem na wale ani mocą elektryczną.
Definiuj łącznie kierunki i wielkości odniesienia.
Współczynnik zyskuje znaczenie dzięki gęstości, prędkości względnej, powierzchni i warunkom przepływu. Zmiana odniesienia może zmienić liczbę bez zmiany siły.
01 / Kierunki sił
Siła nośna działa poprzecznie do przepływu, a opór wzdłuż niego.
Opis przekroju określa, że opór działa wzdłuż kierunku względnego przepływu powietrza, a siła nośna jest do niego prostopadła w wybranej płaszczyźnie.
Opis przekroju określa, że opór działa wzdłuż kierunku względnego przepływu powietrza, a siła nośna jest do niego prostopadła w wybranej płaszczyźnie. Znak siły nośnej zależy od zdefiniowanego dodatniego kierunku poprzecznego. Kierunki te zmieniają się wraz z kierunkiem przepływu względnego.
Objaśnienie siły aerodynamicznej NASA używa tego rozkładu opartego na przepływie. Nie należy mylić go z pionową siłą nośną we współrzędnych ziemi: kierunek siły nośnej obracającego się przekroju nie musi pokrywać się z żadną stałą osią terenu.
02 / Skala odniesienia
Współczynniki dzielą siłę przez podaną skalę.
Zdefiniuj ciśnienie dynamiczne q = 0.5ρW².
Zdefiniuj ciśnienie dynamiczne q = 0.5ρW². Przy powierzchni odniesienia A wzory na siły przekroju to L = qACl i D = qACd. Gęstość jest wyrażona w kg/m³, prędkość względna w m/s, a powierzchnia w m², co daje siłę w niutonach.
Dla dwuwymiarowego przekroju na jednostkę rozpiętości odpowiednia skala używa cięciwy c: L′ = qcCl i D′ = qcCd, w N/m. Pas o skończonej szerokości używa jawnie zdefiniowanej szerokości; jego odniesieniem nie jest automatycznie powierzchnia całej tarczy wirnika.
03 / Wybór powierzchni
Powierzchnia odniesienia wpływa na współczynnik.
Ten sam zmierzony opór podzielony przez dwie różne powierzchnie odniesienia daje dwie różne wartości Cd.
Ten sam zmierzony opór podzielony przez dwie różne powierzchnie odniesienia daje dwie różne wartości Cd. NASA podkreśla tę zależność od powierzchni. Porównywanie współczynników wymaga więc zgodnych konwencji, a nie uznawania niższej liczby za z natury mniejszy fizyczny opór.
Podobnie L/D = Cl/Cd tylko wtedy, gdy oba współczynniki używają tego samego q i A. Iloraz utworzony z niezgodnych definicji powierzchni lub prędkości nie reprezentuje tego ilorazu sił.
04 / Ilustracja
Obliczenie siły wymaga założonych współczynników.
Rozważ przykładowe q równe 240 Pa i powierzchnię odniesienia 0.05 m².
Rozważ przykładowe q równe 240 Pa i powierzchnię odniesienia 0.05 m². Jeśli Cl = 1.0 i Cd = 0.08, to L = 12 N i D = 0.96 N. Ich iloraz wynosi 12.5.
Wszystkie dane wejściowe są hipotetyczne. Wynik nie jest siłą przekroju MARSTON ani przebadaną polarą. Ilustruje skalowanie; współczynniki nadal wymagają właściwej geometrii, kąta, liczby Reynoldsa i stanu powierzchni.
05 / Rzut na kierunki wirnika
Tylko odpowiednia składowa napędza obrót.
Składowa styczna siły z uwzględnieniem promienia wnosi moment względem osi wirnika.
Składowa styczna siły z uwzględnieniem promienia wnosi moment względem osi wirnika. Jej składowa normalna do wirnika daje inne oddziaływanie. Zarówno siła nośna, jak i opór mogą wchodzić do tych rzutów zależnie od lokalnego kierunku napływu.
Duże Cl nie daje automatycznie dużego dodatniego momentu napędowego. Kierunek, opór i warunki pracy nadal mają znaczenie. Poradnik BEM łączy te lokalne siły z bilansem przepływu przez wirnik.
06 / Zakres współczynników
Polara i Cp wirnika opisują różne poziomy.
Polara przekroju wiąże współczynniki aerodynamiczne z warunkami takimi jak kąt natarcia.
Polara przekroju wiąże współczynniki aerodynamiczne z warunkami takimi jak kąt natarcia. Cp wirnika opisuje granicę bilansu mocy obejmującą wirnik. Nie należy zastępować jednego drugim tylko dlatego, że oba są bezwymiarowe.
Nie podano tu rzeczywistych Cl, Cd, siły ani krzywej współczynnika MARSTON. Te zależności wyjaśniają obliczenie lokalnego przepływu bez określania osiągów całej maszyny.
Kontynuuj ocenę, korzystając z poradnika: Przepływ względny i kąt natarcia łopaty turbiny wiatrowej.
Kontynuuj ocenę, korzystając z poradnika: Liczba Reynoldsa łopat małych turbin i podobieństwo przepływu.
Kontynuuj ocenę, korzystając z poradnika: Przeciągnięcie aerodynamiczne i oderwanie przepływu na łopacie turbiny.
Kontynuuj analizę danych przekroju, korzystając z tematów: polary profilu i warunki danych i przejście laminarno-turbulentne warstwy przyściennej. Dodatkowe pojęcia dotyczące siły i momentu znajdziesz w tematach: opór indukowany i profilowy i moment aerodynamiczny i zmiany odniesienia.
Informacje ogólne: NASA Glenn: kierunki siły nośnej i oporu · NASA Glenn: wspólna skala współczynników i iloraz sił · NASA Glenn: zależność współczynnika oporu od powierzchni odniesienia. Źródła wyjaśniają koncepcje branżowe; są odrębne od właściwych dokumentów produktów i projektów MARSTON.
Kluczowe pojęcia i warunki.
Odczytuj każdą wielkość wraz z odniesieniem, jednostkami i podanymi warunkami. Ogólna zależność nie ustala wartości właściwej modelowi.
| Pojęcie / wielkość | Znaczenie / zależność | Warunki / ograniczenia |
|---|---|---|
| q | 0.5ρW², Pa | Używa odniesienia prędkości względnej przekroju. |
| Cl | L/(qA), bezwymiarowe | Trzeba określić dodatni kierunek i powierzchnię. |
| Cd | D/(qA), bezwymiarowe | Zmiana A zmienia wartość liczbową współczynnika. |
| L′ i D′ | Siła na jednostkę rozpiętości, N/m | Użyj cięciwy zamiast powierzchni całej tarczy. |
| Składowe w układzie wirnika | Rzuty siły na kierunek normalny i styczny | Ich osie różnią się od osi siły nośnej i oporu. |
Pytania techniczne.
Czy siła nośna jest zawsze pionowa?
Nie. Jej kierunek jest prostopadły do zdefiniowanego lokalnego przepływu w płaszczyźnie przekroju.
Czy Cl przekroju jest tym samym co Cp wirnika?
Nie. Reprezentują siłę i moc na różnych poziomach.
Czy dwie wartości Cd mogą używać różnych powierzchni?
Tak; nie można ich wtedy porównywać jako wielkości o jednakowym odniesieniu.
Kiedy Cl/Cd jest równe L/D?
Gdy oba współczynniki mają to samo ciśnienie dynamiczne i powierzchnię odniesienia.
Czy cała siła nośna tworzy moment obrotowy wirnika?
Tylko odpowiedni rzut styczny wnosi moment względem tej osi.
Czy 12 N i 0.96 N są rzeczywistymi siłami?
Nie. To wyniki wymyślonych danych wejściowych.
Zapytanie techniczne
Omów zagadnienie techniczne.
Siła nośna i opór rozkładają siłę aerodynamiczną względem lokalnego przepływu. Do rozmowy inżynierskiej podaj model oraz właściwe informacje eksploatacyjne lub konstrukcyjne.