Удосконалення моделі вітрогенератора коливального типу

Автор(и)

  • Олександр Дмитрович Штанько Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адм. Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0003-3572-7915
  • Марина Борисівна Літвінова Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адм. Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0002-4917-2132
  • Ірина Анатоліївна Зорін Херсонська державна морська академія, Україна https://orcid.org/0000-0002-6909-651X
  • Світлана Олегівна Карпова Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адм. Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0001-7208-3595
  • Роман Юрійович Авдюнін Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адм. Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0003-0798-8077

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.281228

Ключові слова:

коливальний вітрогенератор, автоколивальний режим, лопать-крило, кут атаки, низькошвидкісна компонента вітру

Анотація

Недоліки у конструкції найбільш поширених роторних вітрогенераторів обмежують їх використання. Це мотивує розробку альтернативних типів вітроустановок, найбільш перспективними з яких є вітрогенератори коливального типу.

Об'єктом дослідження є конструкція вітрогенератора коливального типу, що забезпечує автоколивальний рух лопоті-крила. В конструкції вітрогенератора використовується перетворена форма крила для забезпечення максимальної підйомної сили. З цією метою додані елементи – носок і закрилок, які впливають на форму крила, його кут атаки і регулюють напрямок підйомної сили. Розроблений принцип кріплення носка і закрилка до крила за допомогою спіральних пружин. В конструкцію також включені стопорні магніти, що впливають на рух крила під час розвороту. Описано механізм, що створює автоколивальний режим роботи вітроустановки. Цей режим виникає під дією сили інерції руху крила, сили пружності, сили відштовхування магнітів та сили тиску повітряного потоку.

Здійснено комп'ютерне моделювання роботи вітрогенератора, яке відбувалося з використанням програмного комплексу Ansys CFX. Застосовано модель обтікання абсолютно жорсткого тіла при невеликих значеннях числа Рейнольдса. Одержана динаміка горизонтального руху крила вітроустановки надає можливість використовувати її для генерації енергії вже при швидкості вітру 2 м/с. Мала вартість крила і авторегулювання його руху дозволяють встановлювати багато крил для підвищення потужності вітрогенератора. Таким чином, удосконалена вітроустановка є низьковартісною, нешкідливою для птахів, має авторегуляцію руху крила і може використовувати низькошвидкісну компоненту вітру, що значно розширює географію її роботи. Можливий трансфер запропонованих технологічних рішень для створення гідроелектрогенерторів

Біографії авторів

Олександр Дмитрович Штанько, Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адм. Макарова

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра інформаційних технологій та фізико-математичних дисциплін

Марина Борисівна Літвінова, Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адм. Макарова

Доктор педагогічних наук, кандидат фізико-математичних наук, професор

Кафедра інформаційних технологій та фізико-математичних дисциплін

Ірина Анатоліївна Зорін , Херсонська державна морська академія

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра природничо-наукової підготовки

Світлана Олегівна Карпова, Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адм. Макарова

Старший викладач

Кафедра інформаційних технологій та фізико-математичних дисциплін

Роман Юрійович Авдюнін, Херсонський навчально-науковий інститут Національного університету кораблебудування імені адм. Макарова

Старший викладач

Кафедра суднового машинобудування та енергетики

Посилання

  1. Roga, S., Bardhan, S., Kumar, Y., Dubey, S. K. (2022). Recent technology and challenges of wind energy generation: A review. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 52, 102239. doi: https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102239
  2. Rehman, S., Alhems, L. M., Alam, Md. M., Wang, L., Toor, Z. (2023). A review of energy extraction from wind and ocean: Technologies, merits, efficiencies, and cost. Ocean Engineering, 267, 113192. doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.113192
  3. Hosseini, R., Roohi, R., Ahmadi, G. (2019). Parametric study of a novel oscillatory wind turbine. Energy Equipment and Systems, 7 (4). 377–387. doi: https://doi.org/10.22059/EES.2019.37713
  4. Garzozi, A., Dunaevich, L., Greenblatt, D. (2020). High-Torque Oscillating Wind Energy Generator. Journal of Physics: Conference Series, 1618 (4), 042004. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1618/4/042004
  5. Dehghani, M. (2021). Conceptual Design and Initial Analysis of an Oscillating Wind Turbine. 7th Iran Wind Energy Conference (IWEC2021). doi: https://doi.org/10.1109/iwec52400.2021.9466989
  6. Hosseinie, R. (2019). Deriving Approximate Criteria for Design and Analysis of a Novel Oscillatory Wind Turbine Using Linearization. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 45 (4), 1115–1122. doi: https://doi.org/10.1007/s40997-019-00339-3
  7. Jiang, W., Wang, Y. L., Zhang, D., Xie, Y. H. (2019). Numerical investigation into power extraction by a fully passive oscillating foil with double generators. Renewable Energy, 133, 32–43. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.09.094
  8. Sun, X., Zhang, L., Huang, D., Zheng, Z. (2017). New insights into aerodynamic characteristics of oscillating wings and performance as wind power generator. International Journal of Energy Research, 42 (2), 776–789. doi: https://doi.org/10.1002/er.3865
  9. Fenercioglu, I., Zaloglu, B., Ashraf, M., Young, J., Lai, J., Platzer, M. F. (2015). Flow around an Oscillating Tandem-Wing Power Generator. 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting. doi: https://doi.org/10.2514/6.2015-1751
  10. Liu, T., Ramasamy, R. V., Radermacher, R., Liou, W., Salazar, D. M. (2018). Oscillating-wing unit for power generation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 233 (4), 510–529. doi: https://doi.org/10.1177/0957650918790116
  11. Anderson, J. D. (2016). Fundamentals of Aerodynamics. New York: McGraw-Hill Education, 1154. Available at: https://aviationdose.com/wp-content/uploads/2020/01/Fundamentals-of-aerodynamics-6-Edition.pdf
  12. Wang, S., Zhang, X., He, G., Liu, T. (2015). Evaluation of Lift Formulas Applied to Low-Reynolds-Number Unsteady Flows. AIAA Journal, 53 (1), 161–175. https://doi.org/10.2514/1.j053042
  13. Ansys CFX. Available at: https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-cfx
  14. Schomburg, W. K., Reinertz, O., Sackmann, J., Schmitz, K. (2020). Equations for the approximate calculation of forces between cuboid magnets. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 506, 166694. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166694
  15. Politykin, B. М., Shtanko, O. D., Litvinova, M. B., Karpovа, S. O. (2017). Energy recovery device for the internal combustion engine. Naukovyi visnyk Natsionalnohо Hirnychoho Unіversytetu, 3, 82–89. Available at: http://nvngu.in.ua/index.php/en/archive/on-the-issues/1435-2017-eng/contents-3-2017/power-supply-technologies/4005-energy-recovery-device-for-the-internal-combustion-engine
  16. Houghton, E. L., Valentine, D. T. (2017). Aerodynamics for Engineering Students. Butterworth-Heinemann. Available at: https://www.academia.edu/28792229/Aerodynamics_for_Engineering_Students
  17. DualWingGenerator. Festo. Power generation with the wingbeating principle. Available at: https://www.festo.com/PDF_Flip/corp/Festo_DualWingGenerator/en/files/assets/common/downloads/Festo_DualWingGenerator_en.pdf
Удосконалення моделі вітрогенератора коливального типу

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-06-30

Як цитувати

Штанько, О. Д., Літвінова, М. Б., Зорін , І. А., Карпова, С. О., & Авдюнін, Р. Ю. (2023). Удосконалення моделі вітрогенератора коливального типу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8 (123), 46–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.281228

Номер

Том 3 № 8 (123) (2023): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Oleksandr Shtanko, Maryna Litvinova, Iryna Zorina, Svitlana Karpova, Roman Avdiunin

Creative Commons License

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.