О преимуществах парусного ветроколеса

В отечественной аэродинамике рассматривающих (иногда) вопросы утилизации энергии ветровых потоков, абсолютно необоснованно введено ушлыми (именно так) предпринимателями определение “КИЭВ” – коэффициент использования ветроэнергии.

парусное ветроколесо

парусное ветроколесо

Эта условная единица (для модели плоских ветров) призвана заменить обычный КПД. Данный “показатель”притянут в теорию слабых потоков за уши (по аналогии и методе цикла Карно) – простой подменой температурных величин – скоростями обтекания. Но 1 градус (по любой шкале), и в Африке равен все тому же 1 градусу. А вот скорости обтекания разных объектов (крыло и кирпич) – отличаются.

Математически верная логика термодинамических процессов призвана описывать циклы имеющие конечный (базовый) потенциал располагаемой энергии и позволяет определить следующее: если Вы имеете тепловую машину мощностью 100 л.с. (при КПД 30%), то реально на полезную работу приходится всего – 30 л.с. Иначе: эти 30% и являются полной (100%) – располагаемой (реально имеющейся в наличии) мощности для данной конструкции. Для тепловых машин – лучшего инструментария пока нет.

Иначе все в практической аэродинамике. Для определения разности давлений (над крылом и под крылом) используется количество движения которое определяется как скорость объекта при движении в воздухе, или движение воздуха в котором находится объект. Следовательно, давно постулированное г.Бернулли утверждение о зависимости давления от скорости здесь уместно, а это значит, что в конечном счете аэродинамический К зависит от разности давлений, – именно поэтому объект перемещается из области повышенного давления в область пониженного давления.Заглянем в атлас (любой) авиационных профилей, и обратим внимание на скорость потоков обтекания профиля при которых перепад давлений максимальный. Они (скорости) все без исключения лежат в области расположенной гораздо ВЫШЕ чем скорость имеющегося в наличии повседневного ветра (3м/сек).

Можно ли в здравом уме применять в малом диапазоне ветров (скоростей обтекания) данную методу, не имея результатов реальной продувки? Оказывается “можно” – имея на вооружении модель плоского ветра, “теоретики”разных рангов доказывают, что лопастные ветроколеса более полно утилизируют энергию малых ветров. А будет ли вообще вращаться “лопастник” на слабых ветрах? Разумеется нет, как нет и повода даже думать о применении лопастников на территории СНГ в качестве альтернативных источников энергии утилизирующих слабые потоки, – из практики известно что на повседневных ветрах СНГ лопастники не работают, никогда не работали и работать не будут. Для этого надо принудительно вращать лопастное ветроколесо, или… ждать когда Всевышний ниспошлет сильный ветер.

Парусники работают – во всем диапазоне ветров

Проектировщики (мощных) лопастных быстроходных ветроколес довольно грамотно используют ветра. Начиная со скорости 10м/сек. – комлевая (широкая) часть лопасти движет лопасть (как парус), а при наличии сильного ветра концевые профили (достигая больших скоростей) используют уже появившиеся высокие скорости потоков обтекания. Вполне разумно. Достаточно практично. Именно на больших скоростях обтекания и необходимо профилировать и “закручивать” (по размаху) лопасть. Вот только располагаемая мощность – (энергия воздушного потока) приходящая на ВСЮ ометаемую площадь распределяется так: центральная часть лопастного колеса – двигатель, а периферийная часть – преобразователь энергии (уже высоких) скоростей ветра в крутящий момент на валу генератора.

Двойное преобразование располагаемой энергии позволяет превосходно использовать энергию ветра от 10-12 метров в секунду, решая заодно проблему быстроходности генераторов. Задача парусного ветроколеса, – использовать всю располагаемую мощность приходящую на ометаемую площадь. Поскольку полезную работу могут произвести только реальные силы, рождающиеся при срабатывании ПЕРЕПАДА давлений, то «разбор полетов» необходимо производить инструментами привычными скорее для аэростатики, а не для аэродинамики.

Согласитесь, стоящий под напором ветра телеграфный столб совершает работу. Работу по ОТКЛОНЕНИЮ приходящего на него потока. Энергию для этой работы поставляет тот же ветер. Если этот столб подпилить, работа совершится в ЯВНОМ виде – столб просто упадет. Если на двух столбах натянуть парус (и подпилить), ЯВНОЙ работы совершится БОЛЬШЕ. Если эти столбы закрепить на ВАЛУ редуктора, работа уже будет производится как по отклонению воздушного потока, так и по вращению вала. А если еще и оптимизировать конструкцию приблизительно так как выполнено парусное ветроколесо – Вы будете иметь ветродвигатель для малых ветров.

Но вернемся к «анализам»парусных ветроколес (блуждающим в Интернете) . Математический аппарат заслуживает внимания, но общая беда кабинетных теоретиков – извращение физической картины процесса. Действительно, применяя к своим рассуждениям вполне корректное (2.1.1)- для неподвижной пластины, и совершая вместе с автором небольшой экскурс в анналы общей аэродинамики, уже в (2.1.4) мы с Вами получаем точную цену – на… дрова.

Дело в том, что пластина (парус) не “как бы убегает” (т.е. движется (с потоком) по потоку), а вполне реально находится в потоке и более того – отклоняет поток за пределы ветроколеса, смещаясь в плоскости перпендикулярной к оси вращения ветроколеса.

Иначе, незадачливые оппоненты не ленятся рассматривать ПРОСТО парус поднятый на лодке которая плывет под воздействием ветра в ту сторону куда он дует. Налицо явно выражена любовь к Н.Е Жуковскому, с его так и не принятой в практической аэродинамике статьёй «Ветряные мельницы типа НЕЖ. Статья 3».

Ветроколесу парусного типа вообще-то присуща иная картина обтекания. Называется она КОНИЧЕСКАЯ. А ветроколесо в целом представляет собой кольцевое бесконечное щелевое крыло которого 95 лет назад (время написания статьи) не существовало даже в больном воображении. Это сейчас совместная работа предкрылка с крылом хорошо описана для больших скоростей обтекания и понятна. Но серьёзных работ по сверхмалым воздушным потокам обтекания нет. И быть не может потому, что физические величины, такие как ДАВЛЕНИЕ (перед парусом скорость ветра упала – давление возросло) рассматриваются также и в АЭРОСТАТИКЕ. Поэтому мне более подходит морская терминология, говоря о тандеме СТАКСЕЛЬ и ГРОТ.

Именно яхтсмены первыми оценили практически то, что зашифровали кабинетчики – КИЭВ (я ничего не имею против “лопастников”- на сильных ветрах эти машины работали и будут работать (не взирая на киэвы) – на благо человека.

На рисунках выше представлены парусное ветроколесо и “пропеллер”. Как видим, диаметры ометаемых площадей равны. А вот рабочие органы различаются не только конструкцией. Они отличаются прежде всего размерами, а значит и рабочей ПЛОЩАДЬЮ. В теории винтов так и озвучивается – площадь рабочих органов. А соотношение ометаемой площади к суммарной площади рабочих органов носит название “коэффициент заполнения винта”. Если уж пояснять совсем просто, то “пропеллер” наложенный на ометаемую площадь (мысленно) укроет приблизительно только 10 процентов всей ометаемой площади. Парусное ветроколесо в аналогичных условиях закроет почти ВСЮ ометаемую площадь. Комментарии нужны?

Если рассмотрим картину обтекания лопастного ветроколеса в конкретном (любом) АЗИМУТАЛЬНОМ положении, то легко догадаемся что элементарная струйка воздуха проходящая МЕЖДУ лопастями НЕ СОВЕРШАЕТ работы даже бесполезной. Струйка проходит сквозь сито… С парусным ветроколесом такой номер (извините) не прокатит – приходя на ометаемую площадь, элементарная струйка воздуха натыкается (да простят меня специалисты) на ПАРУС. Далее все просто – она отклоняется на 90 градусов (если удерживать колесо) и выходит (на периферию) – ЗА ПРЕДЕЛЫ ометаемой площади(ускоряясь). Или, если колесо не удерживать, она отклонится на МЕНЬШИЙ угол, отдав энергию парусу, который в свою очередь передаст ПОЛЕЗНУЮ энергию на вал генератора. А уж если вообще отказаться от псевдоученого анализа и повернуться лицом к практике, то на полигоне часто приходится видеть такую картину: парусное ветроколесо ВЭУ 10.380(сх) при ветре 5м/сек. не могут удержать от вращения целая группа студентов.

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2 3

Один комментарий к “О преимуществах парусного ветроколеса”

  • abrst | 21 Февраль, 2011, 17:58

    В интернете повсеместно обсуждаются ветрогенераторы и в качестве основы берут коллекторный электродвигатель, при использовании которого энергия ветра преобразуется в пульсирующий постоянный ток. Предлагаю всем желающим приобрести коллекторный двигатель постоянного тока производства Германия, 1200 об/мин, с силой тока от 15-80 Ампер, 48 Вольт. Данный электродвигатель идеален для ветряка, так как содержит в конструкции постоянные магниты. В наличие два двигателя. Цена 5000 руб два дешевле. Вышлю почтой по предоплате. Пишите kir.ser83@yandex.ru

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.