Пасивные системы – флюгеры, виндрозы




Лабораторная работа №2

Исследование энергетических характеристик ветроприёмников

 

Цели работы

1.1 Практическое знакомство с методами исследований энергетических

характеристик ветроприёмников.

1.2 Получение экспериментальных энергетических характеристик раз-

личных ветроприёмников.

 

 

Краткие теоретические сведения

 

Преобразование кинетической энергии ветра в полезную механическую мощность осуществляется с помощью специальных устройств, получивших название ветродвигатели. Принцип действия подавляющего числа ветродвигателей базируется на аэродинамических свойствах взаимодействующих с воздушным потоком элементов – крыльев или лопастей. В зависимости от конкретного конструктивного исполнения ветродвигатели обычно делятся на две основные группы: ветроколёса и роторы. В зарубежной литературе ветродвигатели называют ветротурбинами или ветроприёмниками.

Получаемая механическая энергия может быть использована непосредственно для перемещения транспортных средств (парусные суда, буеры), совершения механической работы (ветряные мельницы и водокачки) или после преобразования в электрическую энергию. Однако следует иметь в виду то, что каждое последующее преобразование энергии увеличивает её потери и уменьшает общий коэффициент полезного действия установки.

 

 

Порядок выполнения

3.1. Ознакомится с конструкцией стенда.

3.2. Установить в аэродинамическую трубу модель ротора Савониса и измерить его диаметр и высоту.

3.3. Выполнеить все необходимые электрические соединения и привести модель ветроколеса во вращение, плавно изменяя напряжения питания на приводе аэродинамической трубы при помощи ЛАТРа.

3.4 Для данного значения скорости ветра проведите измерение момента на валу (Мр) и частоты вращения (nр) ветроколеса (3…5 измерений). Регулирование нагрузки на валу ветроколеса осуществляется изменением напряжения питания моментомера. Определение частоты вращения ветроприёмника производится с помощью секундомера и счётчика оборотов. Результаты измерений заносятся в таблицу. Повторить опыт для других скоростей ветра (3…4 раза).

3.5 По полученным в ходе измерении значениям (v, nр, Мр), используя формулы рассчитать мощность ветроколеса (Рр), мощность воздушного потока (Рвп), коэффициент использования энергии ветра (η). Результаты измерений и расчётов занести в таблицу.

 

Таблица – Результаты измерений и расчетов:

№ опыта v, м/с nр, об/с Мр, гсм Мр, н·м Рр, Вт Рвп, Вт η,о.е.
        0,31 58,4 76,013 0,77
        0,39 73,4 0,96
        0,47 73,7 0,97
        0,63 39,6 0,52
        0,23 80,8 208,5 0,38
        0,31 93,4 0,44
        0,39 105,3 0,50
        0,47 82,6 0,39

 

Необходимые для расчетов формулы:

Pр = ωрMр = 2πnрMр,

 

Pвп = 0.5ρSv3,

 

S = hD, ρ = 1,215 кг/м3

 

ξ = Pр/ Pвп.

 

3.6 Построить основную энергетическую характеристику исследуемого ротора, проанализировать её и сделать выводы.

3.7 Повторить пункты 3.3 – 3.6 для других моделей ветроприёмников.

3.8 Провести сравнительный анализ энергетических характеристик исследованных ветроприёмников и сделать выводы.

 

4. Контрольные вопросы

4.1 Приведите выражение для расчёта удельной мощности воздушного

потока.

- Pуд.вп = 0.5ρSv3,

4.2 Какие факторы оказывают влияние на плотность воздуха?

- влажность и высота над уровнем моря (температура и давление).

4.3 Какие факторы определяют направление ветра на конкретной местности?

- для примера рассмотрим прибрежную местность: Бриз – ветер на бе­ре­гах морей, круп­ных озер и во­до­хра­ни­лищ, ме­ня­ю­щий на­прав­ле­ние на про­ти­во­по­лож­ное два­жды в сутки. Днем бриз дует с более хо­лод­ной воды на на­гре­тую сушу, ком­пен­си­руя вос­хо­дя­щие по­то­ки над более теп­лой по­верх­но­стью. Ночью вос­хо­дя­щие по­то­ки фор­ми­ру­ют­ся над более теп­лой водой, и с суши на воду устрем­ля­ет­ся ком­пен­си­ру­ю­щий поток воз­ду­ха. Таким об­ра­зом, бриз возни­ка­ет из-за раз­ни­цы тем­пе­ра­тур и дав­ле­ния.

4.4 Какие статистические закономерности применяются для описания

поведения ветра?

- в первую очередь ветры классифицируют по их силе, продолжительности и направлению. Так, порывами принято считать кратковременные (несколько секунд) и сильные перемещения воздуха. Сильные ветры средней продолжительности (примерно 1 мин) называют шквалами. Названия более продолжительных ветров зависят от силы, например, такими названиями являются бриз, буря, шторм, ураган, тайфун.

4.6 Как изменяется скорость ветра с высотой над поверхностью земли,

каким выражением описывается характер изменения?

- у поверхности: область постоянно меняющихся процессов. Структура ветра определяется в основном природой поверхности и изменением температуры с высотой.

Высотные ветры

На высоте более 500 - 1000 м над высшей точкой поверхности уже не подвержен влиянию трения о землю. На этих уровнях можно говорить о ветрах, дующих в свободной атмосфере и имеющих скорость свободного потока. Следовательно, на высоте более 500м над наивысшей точкой поверхности, мы находимся в зоне действия воздушных потоков, движущихся по изобарам и со скоростью, соответствующей градиенту давления на данной высоте. Ветер, направление которого, совпадает с изобарой вне пограничного слоя принято называть градиентным ветром.

4.7 Перечислите основные параметры, характеризующие ветроприёмники в целом.

- ветродвигатель – это аэромеханическое устройство, преобразующее

кинетическую энергию свободно движущегося воздушного потока в полез-

ную механическую энергию.

Основной частью каждого ветродвигателя является ветроприёмник

(ветряная турбина): ветроколесо для ветродвигателей с горизонтальной осью

вращения или ротор для ветродвигателей с вертикальной осью вращения.

Ветротурбина закреплена на основном валу установки, роль которого – передача вращающего момента к промежуточным или исполнительным механизмам (электрогенератор, водяной насос, мельница и т.д.).

Рабочими элементами каждой ветротурбины являются крылья или лопасти (от одного до 56 и более), взаимодействие которых с воздушным потоком создаёт вращающий момент на главном валу.

У ветроколёс корневая часть крыльев соединена со ступицей, установленной на главном валу (рисунок 1), ось которого расположена в пространстве горизонтально и параллельно направлению ветра.

С энергетической точки зрения, основными параметрами для всех ветроприемников (ветротурбин) является: площадь ометаемой поверхности, быстроходность, коэффициент использования энергии ветра.

4.8 Какая зависимость называется основной энергетической характеристикой ветроприёмника?

- количество вырабатываемой электроэнергии ВЭУой в зависимости от скорости ветра.

4.9 По каким признакам классифицируются ветроприёмники?

- ветроприемники классифицируются по оси вращения, по количеству лопастей, по материалу лопастей, по шагу лопастей.

4.10 В чём заключается принцип действия ветроприёмника дифференциального аэродинамического сопротивления?

-

4.11 Опишите принцип действия ветроприёмника подъёмной силы.

- ветроколесо крыльчатого ветрогенератора работает за счет подъемной силы, возникающей на крыле при набегании на него воздушного потока.

4.12 Приведите выражение для определения подъёмной силы элемента крыла конечных размеров.

- подъемная сила единицы длины крыла бесконечного размаха равна произведению циркуляции скорости вокруг профиля крыла на плотность и скорость набегающего потока, а для крыла с размахом lподьемную силу можно определить по формуле:

Ya=V*l*p*Г

где Г – циркуляция скорости воздуха вокруг профиля крыла;

Y l=1 - подъёмная сила для единицы длины крыла.

4.13 Какие ветроприёмники и почему требуют обязательного наведения на ветер?

- ветроприемники с горизонтальной осью вращения требуют обязательного наведения на ветер, так как для вращения лопастей такого ветроприемника требуется перепендикулчрное воздействие потока воздуха на лопасти.

4.14 Для чего осуществляется регулирование частоты вращения ветроприёмников?

- регулировка частоты вращения ветроколеса в первую очередь служит для отработки порывов сильного ветра, так же для остановки вращения при сильном ветре и снижении шума при вращении.

4.15 Перечислите известные вам способы наведения ветроустановок на ветер.

- существуют пассивные системы, которые используют собственную движущую силу для ориентации в направлении ветра и активные, которые дополнительно используют электрическую или гидравлическую энергию:

Пасивные системы – флюгеры, виндрозы



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-12-18 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: