Tecnologia / Guia técnico
Número de Reynolds das pás de pequena eólica e similaridade do escoamento
O número de Reynolds compara as escalas inerciais e viscosas do escoamento. Para uma seção de pá, ele normalmente usa um comprimento local e uma velocidade relativa. A potência nominal da turbina ou a velocidade do vento ao nível do solo não o determina isoladamente.
Coloque o escoamento em escala usando uma seção definida.
Um número adimensional elimina as unidades, não a necessidade de geometria e condições claras. A similaridade deve ser interpretada junto às outras variáveis que governam o escoamento.
01 / Definição
O número de Reynolds compara escalas de escoamento.
Re = ρWc/μ = Wc/ν para uma definição de seção baseada na corda.
Re = ρWc/μ = Wc/ν para uma definição de seção baseada na corda. Aqui, c é a corda em metros, W é a velocidade relativa em m/s, μ é a viscosidade dinâmica em Pa·s e ν = μ/ρ é a viscosidade cinemática em m²/s. A razão resultante não tem unidades.
A explicação da NASA sobre a camada limite fornece a relação geral entre velocidade, comprimento e viscosidade. Escolher a corda explicita a convenção da seção; outro problema pode usar um comprimento característico diferente e, portanto, outro valor numérico de Re.
02 / Velocidade
O movimento local muda a velocidade pertinente.
Uma seção em rotação encontra o ar em relação ao seu próprio movimento, incluindo as componentes pertinentes de escoamento induzido.
Uma seção em rotação encontra o ar em relação ao seu próprio movimento, incluindo as componentes pertinentes de escoamento induzido. Portanto, sua escala de velocidade difere da simples observação estacionária do vento. Seções em raios diferentes podem ter velocidades relativas diferentes.
Usar o diâmetro do rotor com o vento ao nível do solo cria uma grandeza na escala do rotor, não automaticamente o Re baseado na corda de cada seção do perfil. O guia de escoamento relativo explica essa distinção.
03 / Exemplo de cálculo
Verifique as unidades de viscosidade antes de dividir.
Para uma corda hipotética de 0.20 m, velocidade relativa de 15 m/s e viscosidade cinemática de 1.5 × 10⁻⁵ m²/s, Re = 15 × 0.20 /(1.5 × 10⁻⁵) = 200,000..
Para uma corda hipotética de 0.20 m, velocidade relativa de 15 m/s e viscosidade cinemática de 1.5 × 10⁻⁵ m²/s, Re = 15 × 0.20 /(1.5 × 10⁻⁵) = 200,000.
Este não é um ponto de operação da MARSTON. Se a viscosidade dinâmica for fornecida no lugar, a densidade também precisa ser incluída. Substituir um valor em Pa·s na forma de viscosidade cinemática misturaria grandezas diferentes.
04 / Mudança de escalas
Re iguais não tornam duas seções idênticas.
Dobrar a corda enquanto se reduz a velocidade à metade preserva Wc e, portanto, Re se a viscosidade não mudar.
Dobrar a corda enquanto se reduz a velocidade à metade preserva Wc e, portanto, Re se a viscosidade não mudar. Isso não preserva a pressão dinâmica, a escala de força nem a geometria. Re iguais não devem ser interpretados como força ou potência de rotor iguais.
Por outro lado, uma mudança nas condições do fluido pode alterar Re sem um redimensionamento. A similaridade é uma afirmação sobre uma relação adimensional definida, não uma prova de que todas as outras condições físicas foram igualadas.
05 / Camada limite
Transição e separação exigem contexto adicional.
O comportamento viscoso próximo a uma superfície influencia a resposta aerodinâmica.
O comportamento viscoso próximo a uma superfície influencia a resposta aerodinâmica. O número de Reynolds é pertinente a esse comportamento, mas o estado da superfície, a distribuição de pressão e a perturbação também podem importar. Não se pode atribuir um limite universal de transição a toda seção de pá.
Portanto, um coeficiente de perfil aerodinâmico obtido em uma condição deve preservar seu Re e as demais informações de estado pertinentes. O guia de separação do escoamento aborda outro aspecto da resposta da camada limite.
06 / Escopo de similaridade
Comparar seções exige mais de um número.
Ângulo de ataque, formato do perfil e estado da superfície continuam sendo condições distintas junto a Re.
Ângulo de ataque, formato do perfil e estado da superfície continuam sendo condições distintas junto a Re. A compressibilidade ou os efeitos não permanentes podem acrescentar parâmetros de similaridade quando pertinentes. Igualar apenas Re não comprova que dois escoamentos completos sejam equivalentes.
Os diâmetros nominais de rotor da MARSTON não fornecem cordas de seção, velocidades locais nem condições de viscosidade. Esta explicação não atribui nenhuma faixa real de números de Reynolds ou correção de coeficientes.
Continue a análise com Escoamento relativo da pá e ângulo de ataque.
Continue a análise com Sustentação, arrasto e coeficientes de seção de pá.
Continue a análise com Estol aerodinâmico da pá e separação do escoamento.
Informações gerais: NASA Glenn: número de Reynolds e escalas de escoamento viscoso junto à superfície. Essas referências explicam conceitos do setor; são independentes dos documentos aplicáveis a produtos e projetos MARSTON.
Conceitos e condições essenciais.
Interprete cada grandeza com sua referência, suas unidades e as condições indicadas. Uma relação geral não estabelece um valor específico de um modelo.
| Conceito / grandeza | Significado / relação | Condições / limites |
|---|---|---|
| c | Corda característica da seção, m | Identifique a convenção de comprimento. |
| W | Escala local de velocidade relativa, m/s | Não substitua automaticamente pelo vento ao nível do solo. |
| μ | Viscosidade dinâmica, Pa·s | Use a densidade em ρWc/μ. |
| ν | Viscosidade cinemática, m²/s | Use Wc/ν. |
| Re | Razão adimensional entre escalas inerciais e viscosas | Igualá-lo isoladamente não iguala todas as condições do escoamento. |
Questões de engenharia.
A potência nominal em kW determina o Re da pá?
Não. São necessárias a geometria local, a velocidade relativa e as propriedades do fluido.
μ e ν são intercambiáveis?
Não. Elas têm unidades diferentes e se relacionam por ν = μ/ρ.
Re iguais significam sustentação igual?
Não. Geometria, ângulo, escala de força de referência e outras condições podem ser diferentes.
O Re baseado no diâmetro do rotor é um Re de seção?
Não automaticamente; as definições de comprimento característico e velocidade são diferentes.
200,000 é uma especificação da MARSTON?
Não. Ele é calculado a partir de entradas hipotéticas.
Um limite de Re define a transição em todos os casos?
Não é fornecido um limite universal de pá; outras condições da camada limite importam.
Consulta técnica
Converse sobre a questão técnica.
O número de Reynolds compara as escalas inerciais e viscosas do escoamento. Compartilhe o modelo e as informações aplicáveis de operação ou projeto para uma conversa de engenharia.