Технологии / Техническое руководство
Косой обдув ротора: компоненты скорости и скошенный след
При косом набегании потока направление ветра отличается от направления оси ротора. Разложение потока на нормальную составляющую и составляющую в плоскости ротора — лишь первый шаг. Вращающиеся сечения и индуцированный след затем могут оказаться в асимметричном аэродинамическом состоянии.
Прежде чем обсуждать отклик, разберитесь с геометрией.
Для угла поворота гондолы со знаком необходимо задать ось и правило выбора положительного направления. Проекция объясняет составляющие набегающего потока, тогда как для описания следа и местной нагрузки на лопасть требуются дополнительные аэродинамические соотношения, выходящие за рамки одного геометрического угла.
01 / Геометрия
Угол поворота гондолы описывает взаимную ориентацию.
Для используемой здесь простой геометрии в горизонтальной плоскости γ — угол с учетом знака между осью ротора и заданным направлением скорости набегающего потока.
В используемой здесь простой горизонтальной геометрии γ — угол со знаком между осью ротора и заданным направлением набегающей скорости. Ось, нормальную к плоскости диска ротора, и опорное направление скорости необходимо определять совместно. Наклон и движение конструкции добавляют особенности, выходящие за рамки этой двумерной иллюстрации.
Метеорологическое направление, откуда дует ветер, задаётся по иному соглашению, чем направление вектора скорости, указывающего по потоку. Эти направления нельзя вычитать друг из друга, как если бы они задавались одинаково. руководство по направлению ветра и ориентации гондолы объясняет предшествующий вопрос о выборе опорного отсчёта.
02 / Проекция
Один вектор дает нормальную и поперечную составляющие потока.
Для однородной горизонтальной скорости величиной U в данной геометрии составляющая, нормальная к диску, равна U cos γ, а составляющая поперечного потока в плоскости диска — U sin γ.
Для однородной горизонтальной скорости величиной U в заданной геометрии составляющая по нормали к диску равна U cos γ, а составляющая поперечного потока в плоскости диска равна U sin γ. Это векторные проекции; сами по себе они не определяют индуцированную скорость или электрическую мощность.
При гипотетических U = 10 m/s и γ = 30° их величины составляют примерно 8.66 и 5 m/s. Изменение знака γ меняет знак поперечной составляющей потока, сохраняя ту же косинусную проекцию. Поэтому изменение знака может обратить пространственную асимметрию, не меняя величины нормальной составляющей скорости.
03 / Азимут
Вращение изменяет характер обтекания сечения поперечным потоком.
Касательное направление для сечения лопасти меняется по окружности ротора.
Тангенциальное направление сечения лопасти меняется по мере движения вокруг оси ротора. Поэтому фиксированная составляющая поперечного потока по-разному проецируется на это локальное направление при разных азимутах. Относительный поток учитывает как движение сечения, так и скорость окружающего воздуха.
Это может вызывать периодическое изменение угла и скорости потока в сечении, даже если заданный вектор набегающего ветра постоянен. Это отличается от порыва, изменяющего весь набегающий поток во времени. Из одного лишь этого геометрического объяснения нельзя получить фактическую зависимость угла атаки MARSTON от времени.
04 / Реакция следа
Индуцированное поле не обязательно остаётся осесимметричным.
Нагруженный ротор изменяет импульс потока, а при отклонении оси ротора от направления ветра может возникать косой или отклонённый аэродинамический след с неоднородным полем индуцированных скоростей.
Нагруженный ротор изменяет импульс потока, а работа с угловым отклонением относительно ветра может создавать скошенный или отклонённый след с неоднородным полем индуцированных скоростей. Теория FAST.Farm отдельно описывает отклонение плоскости следа и представление закрученного следа при косом набегающем потоке.
Это различия между моделями, а не доказательство того, что каждый аэродинамический след имеет одну заданную форму. Направление следа, направление оси ротора и направление скорости далеко выше по потоку не следует объявлять одинаковыми. Их взаимосвязь также зависит от нагрузки и окружающего потока, представленного выбранной моделью.
05 / Упрощенные оценки мощности
Проекция на нормаль не является полным законом потерь при отклонении гондолы от направления ветра.
Возведение U cos γ в куб в упрощённом выражении для энергии даёт множитель в виде куба косинуса только в рамках соответствующих допущений.
Возведение U cos γ в куб в упрощённом выражении энергии даёт множитель в виде куба косинуса только в рамках соответствующих допущений. Такое преобразование не позволяет установить универсальный измеренный показатель степени для потерь из-за отклонения ротора от направления ветра, тем более для полного электротехнического комплекта.
Локальные коэффициенты, индукция, вращательное движение и рабочий отклик сохраняют значение. Для модели, сводящей эти эффекты к одному подогнанному коэффициенту, необходимо указать собственные условия применимости. Эта страница объясняет, почему геометрическая проекция и результирующая мощность машины относятся к разным уровням описания.
06 / Условия
Отделяйте аэродинамическое объяснение от команд поворота гондолы.
Модель лопастных элементов может требовать явного учёта косого обтекания; более подробное представление следа имеет другие допущения и вычислительный охват.
Модель на основе элементов лопасти может требовать явного учёта косого потока; более подробное представление аэродинамического следа имеет иные допущения и объём вычислений. Само по себе повышение детализации модели не подтверждает достоверность прогноза нагрузок или характеристик. руководство по BEM охватывает лежащую в основе связь.
Для текущего модельного ряда MARSTON подтверждена электрическая система поворота гондолы, однако здесь не задаются показатель степени в зависимости потерь от угла рассогласования, функция управления следом или реализованный алгоритм коррекции. Это объяснение не устанавливает настройку преднамеренного углового рассогласования, график маневров или эксплуатационные регулировки.
Связанные технические руководства: Динамическое и статическое давление, коэффициенты ветроустановки · Спектры ветровой турбулентности, временные и пространственные масштабы · Пространственное осреднение по ротору: ветер в точке, среднее по площади и эквивалентная скорость.
Общие сведения: OpenFAST FAST.Farm: опорное направление поворота гондолы, отклонение следа и модели косого обтекания. Эти источники объясняют отраслевые понятия; они рассматриваются отдельно от применимой документации MARSTON на продукцию и проект.
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 |
|---|---|---|
| Угол поворота гондолы | γ с определенными осями и знаком. | Направление скорости и направление, откуда дует ветер, различаются. |
| Нормальная составляющая | U cos γ | Простая равномерная горизонтальная проекция. |
| Составляющая поперечного потока | U sin γ | Знак меняется в зависимости от принятого соглашения об угле поворота гондолы. |
| Азимутальное изменение | Локальная проекция вращающегося сечения | Может возникать при установившемся набегающем потоке. |
| Косой аэродинамический след | Отклик модели индуцированного потока | Не определяется одной лишь проекцией. |
Инженерные вопросы.
Сводится ли набегающий поток при отклонении по рысканию только к снижению нормальной составляющей скорости?
Нет. В указанной геометрии у него также есть составляющая, лежащая в плоскости.
Меняется ли U cos γ при смене знака угла рыскания?
Её величина не меняется, а синусная составляющая меняет знак.
Может ли стационарный ветер, направленный под углом к оси ротора, вызывать периодические изменения в сечении лопасти?
Да. Направление сечения меняется по мере его вращения.
Обязательно ли направление следа совпадает с направлением оси ротора?
Нет. Нагруженный косонаправленный поток может отклоняться и оставаться неоднородным.
Является ли зависимость по косинусу в кубе универсальным законом потерь из-за углового рассогласования для реальных ветроустановок?
Нет. Это следует из конкретного упрощения и не описывает любой отклик машины.
Подтверждает ли наличие электрической системы поворота гондолы возможность управления аэродинамическим следом?
Нет. Аэродинамическая концепция не подтверждает наличие этой функции управления.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
При косом набегании потока направление ветра отличается от направления оси ротора. Предоставьте модель и соответствующие сведения об эксплуатации или проектировании для инженерного обсуждения.