Технологии / Техническое руководство
Аэродинамический срыв и отрыв потока на лопасти ветроустановки
Аэродинамический срыв касается реакции потока и силы на состояние сечения. Он не равнозначен остановке ротора, электрическому защитному отключению или определённой концепции управления углом установки лопастей. Отрыв также не означает, что все аэродинамические силы становятся нулевыми.
Рассматривайте состояние потока, а не только обозначение угла.
Влияние угла атаки определяется фактическим сечением и условиями. Стационарный и быстро изменяющийся поток могут давать разную историю сил при сходном мгновенном угле.
01 / Отрыв
Приповерхностный поток может отрываться от контура.
Пограничный слой реагирует на изменения давления вдоль поверхности.
Пограничный слой реагирует на изменения давления вдоль поверхности. При условиях, вызывающих отрыв, приповерхностный поток уже не следует контуру так, как при безотрывном обтекании. Возникающее распределение давления и касательных напряжений меняет аэродинамическую силу.
В обсуждении NASA о наклоне отрывное течение связывается с трудностью предсказания подъёмной силы и сопротивления. Это физическое изменение не следует сводить к универсальному угловому порогу для всех профилей, чисел Рейнольдса и состояний поверхности.
02 / Отклик силы
Срыв потока не означает простого исчезновения всей подъёмной силы.
Сечение при срыве потока может иметь меньшую подъёмную силу, чем на предшествующем пике, и большее сопротивление, продолжая испытывать аэродинамическую силу.
Сечение при срыве потока может иметь меньшую подъёмную силу, чем на предшествующем пике, и большее сопротивление, продолжая испытывать аэродинамическую силу. История силы зависит от профиля и условий. Фразу «перестало создавать полезную подъёмную силу» не следует понимать как нулевую силу повсюду.
Для ротора изменение направлений и величин сил меняет нормальную и тангенциальную составляющие. Описание срыва на сечении само по себе не определяет, насколько быстро замедляется весь ротор или какая электрическая мощность получается.
03 / Статическая поляра
Стационарная кривая представляет заданные условия.
Стационарная поляра связывает коэффициенты с углом после установления представленного состояния потока.
Стационарная поляра связывает коэффициенты с углом после установления представленного состояния потока. Она сохраняет зависимость от профиля, числа Рейнольдса и состояния поверхности. Общую линейную зависимость подъёмной силы нельзя экстраполировать через область отрыва так, будто обтекание остаётся безотрывным.
Угол максимальной подъёмной силы также не является универсальным пределом изделия. Его смысл должен оставаться связанным с условиями, представленными кривой, а не переноситься в правило работы ротора.
04 / Динамический отклик
Изменяющийся поток может вызывать запаздывание и гистерезис.
При достаточно быстрых изменениях потока или угла отклик сечения может зависеть от его предшествующего состояния.
При достаточно быстрых изменениях потока или угла отклик сечения может зависеть от его предшествующего состояния. Отрыв и повторное присоединение не обязательно происходят по одному пути. Петля в зависимости коэффициента от угла отражает эту зависимость от предыстории.
В документации OpenFAST по нестационарной аэродинамике динамический срыв рассматривается отдельно от стационарных данных сечения. Поэтому один и тот же мгновенный угол может соответствовать разным силам на возрастающих и убывающих участках заданной истории движения.
05 / Временной масштаб
Изменяющийся входной параметр — это не только конечное значение.
Временной масштаб прохождения хорды c/W сопоставляет длину сечения с относительной скоростью потока.
Временной масштаб прохождения хорды c/W сопоставляет длину сечения с относительной скоростью потока. При условных c = 0.20 m и W = 10 m/s этот масштаб составляет 0.020 s. Это не прогноз задержки срыва и не время управления установкой.
Помимо конечного угла важны скорость изменения и предыстория. Это объяснение относительного потока описывает, как изменение вращения или набегающего потока может менять угол сечения.
06 / Разграничение с поведением системы
Физическое явление срыва потока не является заявлением о способе управления.
Конструкция может использовать отдельные аспекты срыва потока или избегать их, но такая стратегия требует собственной определённой реализации.
Конструкция может использовать отдельные аспекты срыва потока или избегать их, но такая стратегия требует собственной определённой реализации. Фиксированный угол установки лопастей, изменение этого угла и электрическое управление рысканием по отдельности не определяют конкретную схему ограничения мощности за счёт срыва.
Эта страница не задаёт для MARSTON угол срыва, профиль, уменьшение силы или алгоритм управления. Она объясняет, почему данные коэффициентов требуют указания условий и, когда это существенно, описания зависимости от времени.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Относительный поток и угол атаки лопасти ветроустановки.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Подъёмная сила, сопротивление и коэффициенты сечения лопасти ветроустановки.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Число Рейнольдса лопастей малых ветроустановок и подобие потоков.
Общие сведения: NASA Glenn: отрыв потока и влияние наклона · OpenFAST: нестационарный отрыв, динамический срыв и гистерезис. Эти источники объясняют отраслевые принципы и отличаются от применимых документов продукции и проектов MARSTON.
Ключевые понятия и условия.
Рассматривайте каждую величину с её отсчётом, единицами и условиями. Общая зависимость не устанавливает значение для конкретной модели.
| Понятие / величина | Смысл / связь | Условия / пределы |
|---|---|---|
| Отрыв | Отход приповерхностного потока от контура | Меняет распределение давления и касательных напряжений. |
| Статическая поляра | Коэффициенты для заданного стационарного состояния | Не экстраполируйте неограниченно прямую для безотрывного обтекания. |
| Динамический срыв | Нестационарный отклик, зависящий от предыстории | Одинаковые мгновенные углы не обязательно дают одинаковые силы. |
| c/W | Временной масштаб прохождения хорды, s | Не универсальная задержка или настройка управления. |
| Отклик системы | Поведение ротора и электрической системы | Не определяется одним лишь срывом на сечении. |
Инженерные вопросы.
Означает ли срыв потока остановку ротора?
Нет. Это описание аэродинамического состояния, а не события остановки всей установки.
Не испытывает ли сечение при срыве никакой силы?
Нет. Подъёмная сила и сопротивление могут оставаться значительными даже после пика подъёмной силы.
Применим ли один угол срыва ко всем сечениям?
Нет. Могут быть важны геометрия, число Рейнольдса, поверхность и предыстория.
Может ли стационарная поляра предсказать все переходные процессы?
Не обязательно: нестационарное состояние и гистерезис требуют отдельного рассмотрения.
Является ли 0.020 s фактической задержкой срыва?
Нет. Это лишь условный временной масштаб прохождения потоком длины хорды.
Доказывает ли электрическое управление рысканием регулирование за счёт срыва потока?
Нет. По наличию управления рысканием нельзя определить стратегию регулирования.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
Аэродинамический срыв касается реакции потока и силы на состояние сечения. Для инженерного обсуждения укажите модель и применимые сведения о работе или конструкции.