Технологии / Техническое руководство
Теория элемента лопасти и импульса: сопряжение и допущения
Теория элемента лопасти и импульса объединяет два описания ротора: локальные аэродинамические сечения и изменение импульса потока. Их связывает индуцированный поток. Это основа модели, а не измеренная кривая мощности или доказательство сертификации конструкции лопасти.
Сечение воспринимает поток, который изменяет и сам ротор.
Силы лопасти зависят от локального относительного потока, одновременно изменяя поток, представленный балансом импульса. Решение одной стороны без этой связи оставляет физический цикл незамкнутым.
01 / Элементы лопасти
Локальные силы исходят из свойств сечений.
Разделите моделируемую лопасть на радиальные элементы с геометрией и данными сечений.
Разделите моделируемую лопасть на радиальные элементы с геометрией и данными сечений. В каждом элементе относительная скорость и угол атаки связаны с описаниями подъёмной силы, сопротивления и момента тангажа. Затем локальные силы можно разложить в координатах ротора.
Интегрирование произведения касательной силы на радиус даёт вклад в крутящий момент ротора. Нормальные к ротору составляющие создают тягу. Это разные интегралы, поэтому коэффициент подъёмной силы сечения не может сам по себе быть коэффициентом мощности всего ротора.
02 / Описание через импульс
Ротор воздействует на поток воздуха.
Описание через импульс отражает изменения осевого и, если учтено, вращательного потока через кольцевые области.
Описание через импульс отражает изменения осевого и, если учтено, вращательного потока через кольцевые области. Идеализированная формулировка для соосного потока связывает область диска с соответствующим балансом потока. Её допущения об осреднении и геометрии являются частью модели.
Описание элемента лопасти и описание через импульс должны представлять одну нагрузку и поток. Кольцевой баланс не является полной трёхмерной симуляцией каждого вихря или радиального обмена вокруг реального ротора.
03 / Индукция
Опорный поток и поток в плоскости ротора различаются.
В одном определённом соглашении для соосного потока коэффициент осевой индукции можно записать как a = 1 − U_disk/U_ref, причём обе скорости направлены вдоль выбранного положительного осевого направления.
В одном определённом соглашении для соосного потока коэффициент осевой индукции можно записать как a = 1 − U_disk/U_ref, причём обе скорости направлены вдоль выбранного положительного осевого направления. Это определяет сравнение опорного потока и представленного потока через диск.
Тангенциальная индукция описывает отдельный вклад вращательного потока и требует соглашения о знаке. Ни один из коэффициентов не является заранее заданным КПД. Они взаимодействуют с геометрией, нагрузкой и формулировкой решения, а не являются параметрами продукции, назначенными по паспортной мощности.
04 / Сопряжённое решение
Сила и поток должны соответствовать одному согласованному состоянию.
Изменение индуцированной скорости меняет относительный поток, угол и рассчитанные силы сечения.
Изменение индуцированной скорости меняет относительный поток, угол и рассчитанные силы сечения. Эти изменённые силы, в свою очередь, меняют соотношение импульса. Решение BEM ищет согласованность этих величин; простое объединение произвольных независимых значений не решает эту взаимосвязь.
Обзор теории WISDEM CCBlade показывает один из способов выразить согласованное решение через локальный угол натекания. Разные реализации могут использовать разные поправки и методы решения; название подхода не гарантирует одинаковых результатов.
05 / Ограничения модели
Дополнительные эффекты требуют явного учёта.
Концы конечных лопастей, косой поток, сильное нагружение, изменение во времени и трёхмерные эффекты сечения могут ограничивать простое стационарное кольцевое описание.
Концы конечных лопастей, косой поток, сильное нагружение, изменение во времени и трёхмерные эффекты сечения могут ограничивать простое стационарное кольцевое описание. Поправка меняет представленную модель; это не означает автоматического описания каждого неучтённого явления.
Руководство по концевым эффектам и руководство по аэродинамическому следу объясняют связанные границы рассмотрения. Более подробный расчёт по-прежнему требует подходящих входных условий и интерпретации.
06 / Смысл результата
Результат модели остаётся условным.
Рассчитанный крутящий момент или тяга относятся к геометрии, данным сечения, состоянию потока и допущениям модели.
Рассчитанный крутящий момент или тяга относятся к геометрии, данным сечения, состоянию потока и допущениям модели. Их изменение меняет решаемый вопрос. Результат может объяснять механизмы, не подтверждая полный рабочий диапазон измеряемой установки.
Здесь не заявлены модель BEM, результат CFD, геометрия лопасти или результат валидации для модели MARSTON. Объяснение связывает локальную аэродинамику с рассмотрением потока ротора, не предлагая конструктивных изменений или численных рабочих настроек.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Относительный поток и угол атаки лопасти ветроустановки.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Эффекты законцовки и корня лопасти ветрового ротора: что отражают поправки.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Следы малых ветроустановок: дефицит скорости, перемешивание и восстановление.
Рассматривайте пространственное осреднение ветра по ротору и косой приток при рыскании и скошенный след как дополнительные темы о потоке ротора, сохраняя заявленные допущения каждой модели.
Общие сведения: WISDEM CCBlade: согласованные уравнения BEM для индукции и угла натекания · OpenFAST OLAF: пределы упрощённых аэродинамических представлений. 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 |
|---|---|---|
| Элемент лопасти | Описание локальных сил сечения | Требует геометрии и применимых данных коэффициентов. |
| Баланс импульса | Представленное изменение воздушного потока | Использует определённую кольцевую модель потока. |
| Осевая индукция | 1 − U_disk/U_ref в указанном соглашении | Не КПД и не универсальная постоянная величина. |
| Тангенциальная индукция | Представленный вклад вращательного потока | Требует собственной оси и соглашения о знаке. |
| Результат BEM | Выход сопряжённой модели | Условно при заданных входных данных и поправках. |
Инженерные вопросы.
Использует ли BEM приземный ветер без изменений в каждом сечении?
Нет. Представленный индуцированный поток и движение лопасти влияют на локальный относительный поток.
Является ли индукция КПД?
Нет. Он представляет определённое изменение потока.
Равен ли Cl сечения непосредственно Cp ротора?
Нет. Силы необходимо разложить и проинтегрировать в рамках модели потока.
Дают ли все реализации BEM одинаковые результаты?
Нет. Входные данные, поправки и формулировки решения могут различаться.
Описывает ли концевая поправка весь трёхмерный поток?
Нет. Её определённая область рассмотрения уже, чем совокупность всех неучтённых эффектов.
Является ли это результатом валидации конструкции MARSTON?
Нет. Это объяснение подхода и его допущений.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
Теория элемента лопасти и импульса объединяет два описания ротора: локальные аэродинамические сечения и изменение импульса потока. Предоставьте модель и применимые сведения об эксплуатации или проектировании для инженерного обсуждения.