Technologia / Poradnik techniczny
Napływ na wirnik odchylony względem wiatru: składowe prędkości i skośny ślad aerodynamiczny
Napływ pod kątem odchylenia sprawia, że kierunek wiatru różni się od kierunku osi wirnika. Rozłożenie przepływu na składową normalną i składową w płaszczyźnie wirnika to tylko pierwszy krok. Obracające się przekroje i indukowany ślad aerodynamiczny mogą następnie podlegać asymetrycznemu stanowi aerodynamicznemu.
Prześledź geometrię przed omówieniem odpowiedzi układu.
Kąt odchylenia gondoli względem wiatru ze znakiem wymaga określenia osi i konwencji kierunku. Rzutowanie wyjaśnia składowe napływu, natomiast ślad aerodynamiczny i lokalne obciążenie łopat wymagają dodatkowych zależności aerodynamicznych wykraczających poza sam kąt geometryczny.
01 / Geometria
Kąt odchylenia gondoli względem wiatru opisuje zależność orientacji.
Dla zastosowanej tu prostej geometrii w płaszczyźnie poziomej γ jest kątem ze znakiem między osią wirnika a przyjętym kierunkiem prędkości napływu.
Dla zastosowanej tutaj prostej geometrii w płaszczyźnie poziomej γ jest kątem ze znakiem między osią wirnika a przyjętym kierunkiem prędkości napływu. Oś prostopadłą do płaszczyzny wirnika i kierunek odniesienia prędkości należy zdefiniować łącznie. Pochylenie i ruch konstrukcji wprowadzają dodatkowe rozróżnienia wykraczające poza tę dwuwymiarową ilustrację.
Meteorologiczny kierunek, z którego wieje wiatr, stosuje inną konwencję kierunkową niż wektor prędkości wskazujący kierunek przepływu. Tych opisów nie można odejmować tak, jakby były identyczne. Z kolei Poradnik dotyczący kierunku i ustawienia. wyjaśnia tę wcześniejszą kwestię dotyczącą odniesienia.
02 / Rzutowanie
Jeden wektor daje składową normalną i składową przepływu poprzecznego.
Dla jednorodnej prędkości poziomej o wartości U w tej zdefiniowanej geometrii składowa normalna do tarczy wynosi U cos γ, a składowa przepływu poprzecznego w płaszczyźnie tarczy wynosi U sin γ.
Dla jednorodnej poziomej prędkości o wartości U w tej określonej geometrii składowa normalna do tarczy wynosi U cos γ, a składowa przepływu poprzecznego w płaszczyźnie tarczy wynosi U sin γ. Są to rzuty wektora; same w sobie nie określają prędkości indukowanej ani mocy elektrycznej.
Dla hipotetycznych U = 10 m/s i γ = 30° ich wartości bezwzględne wynoszą około 8.66 i 5 m/s. Zmiana znaku γ zmienia znak składowej poprzecznej przepływu, zachowując ten sam rzut cosinusowy. Zmiana znaku może zatem odwrócić asymetrię przestrzenną bez zmiany tej wartości bezwzględnej prędkości normalnej.
03 / Azymut
Obrót zmienia sposób, w jaki przepływ poprzeczny napływa na przekrój łopaty.
Kierunek styczny przekroju łopaty zmienia się wraz z jego położeniem wokół wirnika.
Kierunek styczny przekroju łopaty zmienia się wokół wirnika. Stała składowa przepływu poprzecznego ma zatem różne rzuty na ten lokalny kierunek przy różnych azymutach. Przepływ względny uwzględnia zarówno ruch przekroju, jak i prędkość otaczającego powietrza.
Może to powodować okresowe zmiany kąta i prędkości przepływu w przekroju, nawet gdy przyjęty wektor wiatru przed wirnikiem jest stały. Jest to inne zjawisko niż podmuch zmieniający w czasie cały wiatr przed wirnikiem. Z samego tego wyjaśnienia geometrycznego nie wynika żaden rzeczywisty przebieg kąta natarcia dla MARSTON.
04 / Reakcja śladu aerodynamicznego
Pole indukowane nie musi pozostawać osiowosymetryczne.
Obciążony wirnik zmienia pęd przepływu, a ustawienie pod kątem względem wiatru może powodować powstanie skośnego lub odchylonego śladu aerodynamicznego z niejednorodnym polem indukowanym.
Obciążony wirnik zmienia pęd przepływu, a ustawienie pod kątem do wiatru może powodować skośny lub odchylony ślad aerodynamiczny z niejednorodnym polem indukowanym. Teoria FAST.Farm osobno opisuje odchylenie płaszczyzny śladu oraz reprezentację zwiniętego śladu dla skośnego napływu.
Są to rozróżnienia modelowe, a nie dowód, że każdy ślad aerodynamiczny ma jeden z góry określony kształt. Nie należy uznawać kierunku śladu aerodynamicznego, kierunku osi wirnika i kierunku prędkości daleko przed wirnikiem za identyczne. Ich wzajemna relacja zależy również od obciążenia i otaczającego przepływu odwzorowanego w wybranym modelu.
05 / Uproszczenia dotyczące mocy
Rzut na kierunek normalny nie stanowi pełnego prawa strat wynikających z odchylenia gondoli względem wiatru.
Podniesienie U cos γ do trzeciej potęgi w uproszczonym wyrażeniu na energię dałoby czynnik cosinusa do trzeciej potęgi wyłącznie przy powiązanych z nim założeniach.
Podniesienie U cos γ do trzeciej potęgi w uproszczonym wyrażeniu na energię dałoby czynnik będący trzecią potęgą cosinusa tylko w ramach związanych z nim założeń. Takie przekształcenie nie pozwala ustalić uniwersalnego, wyznaczonego pomiarowo wykładnika strat wskutek odchylenia od kierunku wiatru dla rzeczywistego wirnika, a tym bardziej dla kompletnego zestawu elektrycznego.
Lokalne współczynniki, indukcja, ruch obrotowy i odpowiedź podczas pracy pozostają istotne. Model ujmujący te efekty w jednym dopasowanym współczynniku wymaga określenia własnych warunków stosowania. Ta strona wyjaśnia, dlaczego rzut geometryczny i wynikająca z niego moc maszyny stanowią różne poziomy opisu.
06 / Warunki
Oddziel wyjaśnienie aerodynamiczne od poleceń ustawiania gondoli względem wiatru.
Model elementu łopaty może wymagać jawnego uwzględnienia skośnego przepływu; bardziej szczegółowa reprezentacja śladu aerodynamicznego ma inne założenia i zakres obliczeniowy.
Model elementu łopaty może wymagać jawnego uwzględnienia przepływu skośnego; bardziej szczegółowy opis śladu aerodynamicznego ma inne założenia i zakres obliczeniowy. Sama większa szczegółowość modelu nie stanowi potwierdzenia poprawności prognozy obciążenia ani osiągów. poradnik BEM omawia leżące u podstaw sprzężenie.
Elektryczny układ ustawiania gondoli względem wiatru jest potwierdzony dla obecnej gamy MARSTON, ale nie przypisuje się tutaj wykładnika strat wskutek odchylenia od kierunku wiatru, funkcji sterowania śladem aerodynamicznym ani zaimplementowanego algorytmu korekcji. To wyjaśnienie nie podaje ustawienia celowego odchylenia od kierunku wiatru, harmonogramu manewrów ani regulacji eksploatacyjnej.
Powiązane poradniki techniczne: Ciśnienie dynamiczne, statyczne i współczynniki turbiny wiatrowej · Widma turbulencji wiatru oraz skale czasowe i przestrzenne · Uśrednianie przestrzenne na wirniku: wiatr w punkcie, średnia obszarowa i prędkość równoważna.
Informacje ogólne: OpenFAST FAST.Farm: odniesienie kąta ustawienia gondoli, odchylenie śladu aerodynamicznego i modele przepływu skośnego. 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 |
|---|---|---|
| Kąt odchylenia względem wiatru | γ z określonymi osiami i znakiem. | Kierunek wektora prędkości różni się od kierunku, z którego wieje wiatr. |
| Składowa normalna | U cos γ | Prosty, jednorodny rzut w płaszczyźnie poziomej. |
| Składowa przepływu poprzecznego | U sin γ | Znak zmienia się zależnie od przyjętej konwencji kąta ustawienia gondoli względem wiatru. |
| Azymutalna zmienność | Lokalne rzutowanie obracającego się przekroju | Może występować przy ustalonym przepływie napływającym. |
| Ukośny ślad aerodynamiczny | Odpowiedź modelu przepływu indukowanego | Nie wynika z samego rzutu. |
Pytania techniczne.
Czy napływ pod kątem do osi wirnika obejmuje jedynie mniejszą składową prędkości normalnej?
Nie. W podanej geometrii ma również składową leżącą w płaszczyźnie.
Czy zmiana znaku kąta odchylenia gondoli względem wiatru zmienia U cos γ?
Jego wartość bezwzględna pozostaje niezmieniona, natomiast składowa sinusowa zmienia znak.
Czy ustalony wiatr napływający pod kątem do osi wirnika może powodować okresowe zmiany w przekroju łopaty?
Tak. Kierunek sekcji zmienia się wraz z jej obrotem.
Czy kierunek śladu aerodynamicznego musi być zgodny z kierunkiem osi wirnika?
Nie. Ukośny przepływ poddany obciążeniu może ulec odchyleniu i pozostać niejednorodny.
Czy cosinus podniesiony do trzeciej potęgi jest uniwersalnym prawem strat wskutek odchylenia od kierunku wiatru w rzeczywistych turbinach?
Nie. Wynika to z konkretnego uproszczenia, a nie z każdej odpowiedzi maszyny.
Czy elektryczny układ ustawiania gondoli względem wiatru potwierdza możliwość sterowania śladem aerodynamicznym?
Nie. Koncepcja aerodynamiczna nie potwierdza realizacji tej funkcji sterowania.
Zapytanie techniczne
Omów zagadnienie techniczne.
Przy napływie skośnym kierunek wiatru różni się od kierunku osi wirnika. Udostępnij model oraz odpowiednie informacje eksploatacyjne lub projektowe do omówienia kwestii technicznych.