Исследование перспективной ветроэнергетической установки с типом компоновки «ротор в раструбе»
Автор: Костюков Владимир Александрович, Медведев Михаил Юрьевич, Маевский Андрей Николаевич, Полуянович Николай Константинович, Савченко Василий Владимирович
Журнал: Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don) @vestnik-donstu
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 1 (88) т.17, 2017 года.
Бесплатный доступ
Введение. Существует проблема повышения эффективности существующих ветроэнергетических установок (ВЭУ). Для её решения необходимо провести исследования ВЭУ неклассических типов. Из этого ряда наиболее перспективными являются ВЭУ, которые используют специальные направляющие статические элементы для создания вихревых структур. Последнее способствует созданию повышенной аэродинамической эффективности роторов этих ВЭУ. Материалы и методы. Для проведения аэродинамических расчетов ВЭУ были использованы программные комплексы Ansys Workbench и Ansys Fluent. Результаты исследования. На основании анализа соответствующих публикаций обоснована перспективность исследований ВЭУ вихревого типа, в которых для увеличения их энергетической эффективности используются дополнительные статорные структуры. С помощью вычислительных методов динамики сплошных сред проведен анализ аэродинамики ВЭУ вихревого типа с компоновкой «ротор в раструбе». С помощью метода аэродинамической оптимизации получена усовершенствованная конструкция указанной ВЭУ. Обсуждение и заключения. На основании полученных в статье результатов видно, что конструирование ВЭУ вихревого типа на основе принципа полезной интерференции статора и ротора является перспективным. В работе проведен анализ конкретной формы ВЭУ с вертикальной осью вращения, осесимметричными статором и раструбом специальных форм. Рассмотрена методика аэродинамической оптимизации конструкции ВЭУ указанного типа. На основе этой методики получены усовершенствованные форма раструба и его компоновка с ротором, которые позволили достичь среднего расчетного значения полезного аэродинамического момента, более чем в два раза превышающего соответствующее значение для первоначальной геометрии ВЭУ.
Ветроэнергетическая установка вихревого типа, осесимметричные ротор и раструб, полезная аэродинамическая мощность, оптимизация конструкции
Короткий адрес: https://sciup.org/14250270
IDR: 14250270 | УДК: 621.311.24 | DOI: 10.23947/1992-5980-2017-17-1-85-91
Study on advanced aerogenerator with “rotor-in-socket” assembly type
Introduction. There is a performance improvement problem of the existing wind-driven power plants (WPP). It is worthwhile investigating nonclassical types of the WPP to solve it. The most promising are the WPP which use special guide static elements to create vortex structures. The latter contributes to the increased aerodynamic efficiency of the WPP. Materials and Methods. Ansys Workbench and Ansys Fluent software packages are used to calculate the design aerodynamics of the wind turbines. Research Results. On the analysis of the particular publications, the viability of the vortex-type WPP studies in which the additional stator structures are used to increase their energy efficiency, is proved. The aerodynamics analysis of the WPP with “rotor-in-socket” assembly type is carried out using the continuum dynamics computational methods. An advanced WPP design is obtained by the aerodynamic optimization technique. Discussion and Conclusions. The obtained results show that the construction of the vortex-type turbine on the basis of the favourable interference concept of rotor and stator is promising. The specific form of WPP with a vertical axis of rotation, axisymmetric stator and socket of special forms is analyzed. The methods of the aerodynamic optimization of the described WPP design are considered. On the basis of this methodology, an advanced socket form and its assembly with the rotor which allows reaching an average calculated value of the favourable air moment that exceeds more than twofold the corresponding value for the initial geometry of the WPP, are obtained.
Список литературы Исследование перспективной ветроэнергетической установки с типом компоновки «ротор в раструбе»
- Твайделл, Дж. Ветроэнергетика. Возобновляемые источники энергии. Пер. с англ/Дж. Твайделл, T. Уэйр. -Москва: Энергоатомиздат, 1990. -392 с.
- Энергетические характеристики ротора Дарье (обзор) (рус.) -Омск: Издательство Сибирского отделения РАН, 2010 г. -С. 325-333.
- Михненков, Л. В. Ветроэнергетическая станция планетарного типа/Л. В. Михненков//Научный Вестник МГТУ ГА. -2008. -№125. -C. 105-109.
- Михненков, Л. В. Ветроэнергетическая установка планетарного типа/Л. В. Михненков//Научный Вестник МГТУ ГА, серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов. -2002. -№49. -С. 110-113.
- Хаскин, Л. Я. Аэродинамика ветроколеса с обтекателем и выходным устройством/Л. Я. Хаскин//Ученые записки ЦАГИ. -1993. -Т.24, №4. -С. 82-95.
- Устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию: патент 2552635 Российская Федерация: В. В. Савченко, В. С. Степанов, F03D3/04: заявл. 08.05.15; опубл. 10.06.15, Бюл. № 16. -4 с.
- Краснов, Н. Ф. Аэродинамика в 2-х ч/Н. Ф. Краснов//-ч.1. Москва: Высшая школа, 1976. -С. 105-125.
- Петров, К. П. Аэродинамика тел простейших форм/К. П. Петров//-Москва: Факториал, 1998. -С. 98-104.
- Twidell, J., Weir, T. Vetroenergetika. Vozobnovlyaemye istochniki energii. Trans. from English. Moscow: Energoatomizdat, 1990, 392 p..
- Energeticheskie kharakteristiki rotora Dar'ye (obzor). Omsk: RAS Siberian Branch Publ. House, 2010, pp. 325-333.
- Mikhnenkov, L.V. Vetroenergeticheskaya stancija planetarnogo tipa. The Scientific Bulletin of MSTU, 2008, no. 125, pp. 105-109.
- Mikhnenkov, L.V. Vetroenergeticheskaya ustanovka planetarnogo tipa. The Scientific Bulletin of MSTU CA, Series: Air Transport Operation and Aviation Equipment Material Maintenance. Flight Safety. 2002, no. 49, pp. 110-113.
- Khaskin, L.Y. Aerodinamika vetrokolesa s obtekatelem i vykhodnym ustroystvom. TsAGI Science Journal, 1993, vol. 24, no. 4, pp. 82-95.
- Savchenko, V.V., Stepanov, V.S. Ustroystvo dlya preobrazovaniya kineticheskoy energii vetra v mekhanicheskuyu energiyu: patent 2552635 Rossiyskaya Federatsiya. Patent RF, no. 2552635, 2015.
- Krasnov, N.F. Aerodinamika v 2-kh ch. Moscow: Vysshaya shkola, 1976, pp. 105-125.
- Petrov, K.P. Aerodinamika tel prosteyshikh form. Moscow: Faktorial, 1998, pp. 98-104.
