Визначення аеродинамічних характеристик вітрової електростанції з вертикальною віссю обертання
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.277759Ключові слова:
аеродинаміка, потік, комбінована лопать, швидкість потоку, сила лобового опору, сила тягиАнотація
Вітроенергетика є комерційно перевіреним видом виробництва електроенергії, що швидко розвивається. Вітрові електростанції з вертикальною віссю є більш привабливими і краще підходять для використання в містах та міському середовищі з менш передбачуваним потоком вітру в порівнянні з поширеними вітроелектростанціями з горизонтальною віссю обертання. Це робить їх набагато кращим варіантом як для наземної установки, так і/або для установки на будівлях і дахах, що в іншому випадку обмежувало б установку більш високих горизонтальних турбінних конструкцій.
У роботі описано експериментальне дослідження сили лобового опору та її коефіцієнта для вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання. Об’єктом дослідження є лабораторна модель вітрогенератора з лопатями, виконаними у вигляді обертових циліндрів з нерухомою лопаттю. Експериментальні дослідження проводилися в аеродинамічній трубі Т-1-М, вимірювання аеродинамічної сили виконані з використанням трикомпонентних ваг. Відмінною рисою роботи є комбіноване використання підйомної сили циліндрів, а також підйомної сили нерухомої плити. Завдяки такому рішенню при порівнянні з існуючими вітрогенераторами з вертикальною віссю обертання встановлено, що розглянутий вітрогенератор переважає на 25‒100 % за кількістю обертів. Отримано залежності сили лобового опору від швидкості потоку та коефіцієнта лобового опору від числа Рейнольдса від 1·104 до 4·104. Також проведено аналіз невизначеності для визначення невизначеності за типом A, B та загальної невизначеності, з якого встановлено, що похибка вимірювання становить 1,13 %. Область практичного застосування результатів лабораторних досліджень буде корисна при розробці дослідних зразків вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання
Посилання
- Rosales-Asensio, E., Borge-Diez, D., Blanes-Peiró, J. J., Pérez-Hoyos, A., Comenar-Santos, A. (2019). Review of wind energy technology and associated market and economic conditions in Spain. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 101, 415–427. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.11.029
- Strielkowski, W., Civín, L., Tarkhanova, E., Tvaronavičienė, M., Petrenko, Y. (2021). Renewable Energy in the Sustainable Development of Electrical Power Sector: A Review. Energies, 14 (24), 8240. doi: https://doi.org/10.3390/en14248240
- Amano, R. S. (2017). Review of Wind Turbine Research in 21st Century. Journal of Energy Resources Technology, 139 (5). doi: https://doi.org/10.1115/1.4037757
- Li, Y., Zhao, S., Qu, C., Tong, G., Feng, F., Zhao, B., Kotaro, T. (2020). Aerodynamic characteristics of Straight-bladed Vertical Axis Wind Turbine with a curved-outline wind gathering device. Energy Conversion and Management, 203, 112249. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112249
- Kumar, R., Raahemifar, K., Fung, A. S. (2018). A critical review of vertical axis wind turbines for urban applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 89, 281–291. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.033
- Peng, Y., Guo, Y., Wan, K., Gao, Y. (2020). Study on the Performance of Vertical Axis Wind Turbine with Two Sets of Blades. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 746 (1), 012031. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/746/1/012031
- Meena, H. (2022). Design and Construction of Vertical Axis Wind Turbine Blades. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology, 10 (6), 2673–2675. doi: https://doi.org/10.22214/ijraset.2022.44170
- Didane, D. H., Rosly, N., Zulkafli, M. F., Shamsudin, S. S. (2018). Performance evaluation of a novel vertical axis wind turbine with coaxial contra-rotating concept. Renewable Energy, 115, 353–361. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.08.070
- Douak, M., Aouachria, Z., Rabehi, R., Allam, N. (2018). Wind energy systems: Analysis of the self-starting physics of vertical axis wind turbine. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1602–1610. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.238
- Rolin, V. F.-C., Porté-Agel, F. (2018). Experimental investigation of vertical-axis wind-turbine wakes in boundary layer flow. Renewable Energy, 118, 1–13. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.10.105
- Qasemi, K., Azadani, L. N. (2020). Optimization of the power output of a vertical axis wind turbine augmented with a flat plate deflector. Energy, 202, 117745. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117745
- Wong, K. H., Chong, W. T., Sukiman, N. L., Shiah, Y.-C., Poh, S. C., Sopian, K., Wang, W.-C. (2018). Experimental and simulation investigation into the effects of a flat plate deflector on vertical axis wind turbine. Energy Conversion and Management, 160, 109–125. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.01.029
- Ogawa, S., Kimura, Y. (2018). Performance Improvement by Control of Wingtip Vortices for Vertical Axis Type Wind Turbine. Open Journal of Fluid Dynamics, 08 (03), 331–342. doi: https://doi.org/10.4236/ojfd.2018.83021
- Lukin, A., Demidova, G. L., Lukichev, D. V., Rassolkin, A., Kallaste, A., Vaimann, T., Belahcen, A. (2020). Experimental Prototype of High-Efficiency Wind Turbine Based on Magnus Effect. 2020 27th International Workshop on Electric Drives: MPEI Department of Electric Drives 90th Anniversary (IWED). doi: https://doi.org/10.1109/iwed48848.2020.9069565
- Japan pavilion. Available at: http://copjapan.env.go.jp/cop/cop24/en/pavilion/04/#:~:text=that%20harnesses%20energy%20from%20typhoon,-%22Supply%20safe%20electricity&text=The%20Magnus%20Vertical%20Axis%20Wind,under%20the%20research%20and%20development
- 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: https://doi.org/10.1007/s10891-022-02500-3
- Tanasheva, N. K., Bakhtybekova, A. R., Shuyushbayeva, N. N., Tussupbekova, A. K., Tleubergenova, A. Zh. (2022). Calculation of the Aerodynamic Characteristics of a Wind-Power Plant with Blades in the Form of Rotating Cylinders. Technical Physics Letters, 48 (2), 51–54. doi: https://doi.org/10.1134/s1063785022020092
- Tanasheva, N. K., Bakhtybekova, A. R., Sakipova, S. E., Minkov, L. L., Shuyushbaeva, N. N., Kasimov, A. R. (2021). Numerical simulation of the flow around a wind wheel with rotating cylindrical blades. Eurasian Physical Technical Journal, 18 (1), 51–56. doi: https://doi.org/10.31489/2021no1/51-56
- Bakhtybekova, A. R., Tanasheva, N. K., Shuyushbayeva, N. N., Minkov, L. L., Botpaev, N. K. (2022). Analysis of velocity and pressure vector distribution fields in a three-dimensional plane around a wind power plant. Bulletin of the Karaganda University. “Physics” Series, 107 (3), 108–114. doi: https://doi.org/10.31489/2022ph3/108-114
- ISO/IEC Guide 98-3:2008. Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995). Available at: https://www.bsigroup.com/contentassets/fb7f1499fa6f43c6b9084be8c2378bc9/iso_iec_guide_98-3_2008e---uncertainty-of-measurement----part-3-guide-to-the-expression-of-uncertainty-in-measurement-gum1995.pdf
- Didane, D. H., Maksud, S. M., Zulkafli, M. F., Rosly, N., Shamsudin, S. S., Khalid, A. (2019). Experimental Study on the Performance of a Savonius-Darrius Counter-Rotating Vertical Axis Wind Turbine. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 268 (1), 012060. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/268/1/012060
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Nazgul Tanasheva, Akmaral Tleubergenova, Ainura Dyusembaeva, Amangeldy Satybaldin, Elmira Mussenova, Asem Bakhtybekova, Nurgul Shuyushbayeva, Sholpan Kyzdarbekova, Saniya Suleimenova, Ardak Tussypbayeva
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
