Исследование перспективной ветроэнергетической установки с типом компоновки «ротор в раструбе»

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, vortex-type wind-driven power plant, axisymmetric rotor and socket, useful wind power, design optimization

1. Твайделл, Дж. Ветроэнергетика. Возобновляемые источники энергии. Пер. с англ / Дж. Твайделл, T. Уэйр. - Москва : Энергоатомиздат, 1990. - 392 с.

2. Энергетические характеристики ротора Дарье (обзор) (рус.) - Омск : Издательство Сибирского отделения РАН, 2010 г. - С. 325-333.

3. Михненков, Л. В. Ветроэнергетическая станция планетарного типа / Л. В. Михненков // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2008. - №125. - C. 105-109.

4. 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.

5. Хаскин, Л. Я. Аэродинамика ветроколеса с обтекателем и выходным устройством/ Л. Я. Хаскин // Ученые записки ЦАГИ. - 1993. - Т.24, №4. - С. 82-95.

6. 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.

7. Краснов, Н. Ф. Аэродинамика в 2-х ч/ Н. Ф. Краснов // - ч.1. Москва : Высшая школа, 1976. - С. 105-125.

8. Петров, К. П. Аэродинамика тел простейших форм/ К. П. Петров // - Москва : Факториал, 1998. - С. 98-104.

9. Twidell, J., Weir, T. Vetroenergetika. Vozobnovlyaemye istochniki energii. [Windpower Engineering. Renewable Energy Resources.] Trans. from English. Moscow: Energoatomizdat, 1990, 392 p. (in Russian).

10. Energeticheskie kharakteristiki rotora Dar'ye (obzor). [Energy characteristics of Darreus rotor (survey)] Omsk: RAS Siberian Branch Publ. House, 2010, pp. 325-333 (in Russian).

11. Mikhnenkov, L.V. Vetroenergeticheskaya stancija planetarnogo tipa. [Planetary wind station.] The Scientific Bulletin of MSTU, 2008, no. 125, pp. 105-109 (in Russian).

12. Mikhnenkov, L.V. Vetroenergeticheskaya ustanovka planetarnogo tipa. [Planetary-type aerogenerator.] The Scientific Bulletin of MSTU CA, Series: Air Transport Operation and Aviation Equipment Material Maintenance. Flight Safety. 2002, no. 49, pp. 110-113 (in Russian).

13. Khaskin, L.Y. Aerodinamika vetrokolesa s obtekatelem i vykhodnym ustroystvom. [Aerodynamics of radome windwheel with output unit.] TsAGI Science Journal, 1993, vol. 24, no. 4, pp. 82-95 (in Russian).

14. Savchenko, V.V., Stepanov, V.S. Ustroystvo dlya preobrazovaniya kineticheskoy energii vetra v mekhanicheskuyu energiyu: patent 2552635 Rossiyskaya Federatsiya. [Device for conversion of kinetic wind power into mechanical energy.] Patent RF, no. 2552635, 2015 (in Russian).

15. Krasnov, N.F. Aerodinamika v 2-kh ch. [Aerodynamics in 2 parts. Part 1.] Moscow: Vysshaya shkola, 1976, pp. 105-125 (in Russian).

16. Petrov, K.P. Aerodinamika tel prosteyshikh form. [Aerodynamics of simple bodies.] Moscow: Faktorial, 1998, pp. 98-104 (in Russian).