Экспериментальные исследования эффективности работы ветротурбины с комбинированными лопастями
Авторы
DOI:
https://doi.org/10.31489/2024No2/31-37Ключевые слова:
wind turbine, combined blades, wind tunnel T-1-M, flow velocity, drag force, lift force, Reynolds numberАннотация
В данной статье изучены аэродинамические характеристики ветроэнергетической установки при различных параметрах обтекания. Для данной цели был изготовлен экспериментальный образец установки с комбинированными силовыми элементами в виде вращающихся цилиндров с неподвижными лопастями. Скорость воздушного потока варьировалась, начиная 3 до 12 м/с. Исследовались зависимости аэродинамических сил ветроэнергетической установки от скорости потока. Проведен анализ результатов эксперимента по изучению изменения угла α расположения неподвижной лопасти относительно цилиндра от скорости воздушного потока. Построен график по зависимости сил лобового сопротивления и подъемной силы от скорости потока. Установлено, что при минимальном угле относительно цилиндра α=0° значение подъемной силы и силы лобового сопротивления неподвижной лопасти выше. Из зависимости коэффициента подъемной силы и силы лобового сопротивления от числа Рейнольдса, установлено, что при угле 0º градусов наблюдается минимальное значение коэффициент подъёмной силы 0,012 Н и максимальное значение коэффициента силы лобового сопротивления 10,07 Н при Re=1•105. Результаты эксперимента показывают, что можно использовать дополнительную силу, возникающим при вращении цилиндров с горизонтальной осью, для увеличения эффективности работы установки. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и исследовании ветроэнергетических установок с комбинированными лопастями, работающих при малых скоростях ветра.
Библиографические ссылки
Tasneem Z., Noman A.A., Das S. K., Saha D. K., Islam R., Ali F., Badal F.R., Ahamed H., Moyeen S. I., Alam F. (2020) An analytical review on the evaluation of wind resource and wind turbine for urban application: Prospect and challenges. Developments in the Built Environment. 4, 100033. DOI:10.1016/j.dibe.2020.100033.
Boiko N. (2023) Winds of change in the economy of Kazakhstan's future. Available at: https://dknews.kz/ru/eksklyuziv-dk/293675-veter-peremen-v-ekonomike-budushchego-kazahstana. [in Russian]
Yershina A.K., Sakipova S.E. (2020) A method for increasing the efficiency of a wind turbine. Eurasian Physical Technical Journal. 17, 2(34), 73 – 77. DOI:10.31489/2020No2/73-77.
Mabrouk I.B., El Hami A. (2019). Effect of number of blades on the dynamic behavior of a Darrieus turbine geared transmission system. Mechanical Systems and Signal Processing, 121, 562-578. DOI:10.1016/j.ymssp.2018.11.048.
Kishinami K., Taniguchi H., Suzuki J., Ibano H., Kazunou T., Turuhami M. (2005). Theoretical and experimental study on the aerodynamic characteristics of a horizontal axis wind turbine. Energy, 30(11-12), 2089-2100. DOI:10.1016/j.energy.2004.08.015.
Fujisawa,N., Gotoh F. (1994) Experimental study on the aerodynamic performance of a Savonius rotor. DOI:10.1115/1.2930074.
Shigemitsu T., Fukutomi J., Toyohara M. (2016) Performance and flow condition of cross-flow wind turbine with a symmetrical casing having side boards. International Journal of Fluid Machinery and Systems, 9(2), 169-174. https://doi.org/10.5293/IJFMS.2016.9.2.169
Tanasheva, N.K., Tleubergenova, A.Zh., Shaimerdenova, K.M., Minkov, L.L. & Uzbergenova, S.Zh.(2021). Investigation of the aerodynamic forces of a triangular wind turbine blade for the low wind speeds. Eurasian physical technical journal, 18(4 (38)), 59-64. DOI:10.31489/2021No4/59-64.
Tleubergenova A.Z., Dyusembayeva A.N., Tanasheva N.K., Kyzdarbekova S.S., Mukhamedrakhim A.R. (2023) Analysis of aerodynamic characteristics of a two-bladed wind power plant containing combined power elements. Bulletin of the Karaganda University" Physics Series", 111(3), 143-150. DOI:10.31489/2023ph3/143-150.
Battisti L., Benini E., Brighenti A., Dell’Anna S., Castelli M.R. (2018) Small wind turbine effectiveness in the urban environment. Renewable energy, 129, 102-113. DOI:10.1016/j.renene.2018.05.062.
Luo D., Huang D., Wu G. (2011) Analytical solution on Magnus wind turbine power performance based on the blade element momentum theory. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 3(3). DOI:10.1063/1.3588039.
Lukin A., Demidova G.L., Lukichev D.V., Rassõlkin A., Kallaste A., Vaimann T., Belahcen A. (2020). Experimental prototype of high-efficiency wind turbine based on magnus effect. 27th International Workshop on Electric Drives: MPEI Department of Electric Drives 90th Anniversary (IWED). 1-6. DOI:10.1109/IWED48848.2020.9069565.
Tanasheva N.K., Bakhtybekova A.R., Shaimerdenova G.S., Sakipova S.E., Shuyushbaeva N. (2022) Modeling aerodynamic characteristics of a wind energy installation with rotating cylinder blades on the basis of the Ansys Suite. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 95(2), 457-463. DOI:10.1007/s10891-022-02500-3.
Tleubergenova A.Z., Tanasheva N.K., Shaimerdenova K. M., Kassymov S.S., Bakhtybekova A.R., Shuyushbayeva N.N., Ranova G.A. (2023) Mathematical modeling of the aerodynamic coefficients of a sail blade. Advances in Aerodynamics, 5(1), 14. DOI:10.1186/s42774-023-00140-6.
