Оптимизация форм геометрии раструба ветроэнергетической установки типа «ротор в раструбе»

Введение. В статье рассматриваются метод и результаты аэродинамического исследования вертикально-осевых ветроэнергетических установок (ВЭУ) с осесимметричным статором. Цель работы - демонстрация перспективности использования вертикально-осевых ветроэнергетических установок указанного типа в народном хозяйстве. Материалы и методы. Для выполнения поставленных задач использовался метод виртуальной аэродинамической обдувки и соответствующей оптимизации конструкции по заданному критерию. В рамках указанного метода выполнены численные аэродинамические исследования одиночного ротора заданного типа, а также рассматриваемой системы «ротор + раструб» до и после оптимизации при заданных параметрах невозмущенного потока и вращения ротора. При сопоставлении мощности полученной оптимизированной конструкции ВЭУ с аналогами при прочих равных условиях использован метод аэродинамического подобия. Результаты исследования . Получены характерные картины аэродинамического обтекания исследованного типа ВЭУ до и после оптимизации. Рассмотрены характерные распределения скалярных и векторных полей при заданных параметрах невозмущенного потока и вращения ротора. Построены графики зависимостей от линейной скорости набегающего потока для проекций момента на валу ротора (при стандартной и оптимизированной формах ВЭУ), а также для соответствующих полезной и побочной мощностей. Проведено сравнение по мощности рассматриваемой оптимизированной ВЭУ с аналогами при прочих равных условиях. Обсуждение и заключения . Показана перспективность использования вертикально-осевых ВЭУ с осесимметричным статором, предназначенным для создания полезной интерференции с ротором с целью увеличения полезной мощности на валу. Такие ветроэнергетические установки не только не уступают, но и могут превосходить, по крайней мере в среднем, соответствующие классические вертикально-осевые конструкции.

ветроэнергетическая установка с осесимметричным статором, полезная аэродинамическая мощность, оптимизированная конструкция, распределения аэродинамических полей, сравнение по мощности с аналогом, wind power plant with axisymmetric stator, useful aerodynamic power, optimized design, aerodynamic field distribution, power comparison with analog

1. Твайделл, Дж. Возобновляемые источники энергии / Дж. Твайделл, А. Уэйр. - Москва : Энергоатомиздат, 1990. - 392 с.

2. Горелов, Д. Н. Энергетические характеристики ротора Дарье /Д. Н. Горелов // Теплофизика и аэромеханика. - 2010. - Т. 17, № 3. - С. 325-333.

3. Михненков, Л. В. Ветроэнергетическая станция планетарного типа / Л. В. Михненков // Научный вестник МГТУ. - 2008. - № 125. - С. 16-24.

4. Михненков, Л. В. Ветроэнергетическая установка планетарного типа / Л. В. Михненков // Научный вестник МГТУ. - 2002. - № 49. - С. 110-113.

5. Хаскин, Л. Я. Аэродинамика ветроколеса с обтекателем и выходным устройством / Л. Я. Хаскин // Ученые записки ЦАГИ. - 1993. - Т. 24, № 4. - С. 217-222.

6. Устройство для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию : патент 2552635 Рос. Федерация : F03D3/04 / В. В. Савченко, В. С. Степанов. - № 2013144670 ; заявл. 07.10.13 ; зарегистр. 08.05.15 ; опубл. 10.06.15, Бюл. № 16. - 4 с.

7. Юрьев, Б. Н. Аэродинамический расчет вертолетов / Б. Н. Юрьев - Москва : Государственное издательство оборонной промышленности, 1956. - 176 с.

8. Петров, К. П. Аэродинамика тел простейших форм / К. П. Петров. - Москва : Факториал, 1998. - 231 с.

9. Краснов, Н. Ф. Аэродинамика. Часть 1. Основы теории. Аэродинамика профиля и крыла / Н. Ф. Краснов. - Москва : Высшая школа, 1976. - 255 с.

10. Дубяго, М. Н. Оценка и прогнозирование изоляционных материалов силовых кабельных линий / М. Н. Дубяго, Н. К. Полуянович, В. Х. Пшихопов // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2015. - № 7 (168). - С. 230-237.