Это поле определяется характеристиками вихревого поля, генерируемого аэродинамической поверхностью треугольного типа. Они изучены достаточно хорошо теоретически и привлекают большое внимание, однако экспериментальных исследований полей скоростей вихревых потоков еще недостаточно. На рис. 1 приведены данные только одного из имеющихся надежных измерений скорости. По данным осевые составляющие скорости в вихре Va значительно превышают скорость набегающего ветрового потока Voo. Но дополнительно к ним имеются также тангенциальные составляющие скорости в вихре VT — величины того же порядка, что и скорость Vco . Поэтому результирующая абсолютная скорость течения в вихре, т. е. векторная сумма Va и VT , будет значительно больше Ксо.
Рис. 1. Поле скоростей вихрей треугольного крыла:
а — принятая система координат; б — изобары динамического давления q = pV 2 /2 (где V — результирующая скорость); в — характеристики осевой и тангенциальной скорости V и V .
С этим связан эффект концентрации энергии поверхностью, генерирующей вихри: она увеличивает скорость потока в зоне вихря, в которой закрученный поток имеет тенденцию концентрации ветрового потока с малой плотностью кинетической энергии на большой площади в поток на небольшой площади, занимаемой вихрем с большой плотностью кинетической энергии. Другой иллюстрацией этого эффекта могут быть данные, приведенные в ранее. Они получены по графику на рис. 2 и показывают линии равных динамических давлений д = рУ2/2. Число, идентичное каждой из горизонталей, соответствует поэтому квадрату отношения местной результирующей скорости к скорости ветра. Это является наглядной иллюстрацией того, каким прекрасным концентратором энергии ветра может быть вихревая система.
Рис. 1. Треугольники скоростей для лопасти ветроколеса в поле скорости вихря.
Характер влияния вихревого поля, которое выбирается для работы ротора, виден на рис. 2. Если ротор вращается в направлении, обратном вихрю, то результирующая скорость большая. Другими словами, ротор должен быть спроектирован для вращения в том направлении, что и вихрь, чтобы получить наименьшую результирующую скорость ротора при той же частоте вращения.
Следует выбирать способ, наиболее соответствующий заданному устройству. Работа ротора при попутном ветре предпочтительнее, при большой его быстроходности, так как сила сопротивления, действующая на ротор, пропорциональная W, при этом существенно снижается.
Возможную развиваемую мощность и идеальные характеристики ВИК можно определить, используя приведенные ранее данные по полям скоростей. С этой целью была разработана и использовалась общая программа численного расчета характеристик ротора, основанная на теории изолированного элемента лопасти.
Рис, 3. Зависимость мощности Р, развиваем мой идеальным ветроколесом в свободном" ветровом потоке, от радиуса г (скорость ветра равна 7,5 м/с):
1 — без ВИК; 2-е ВИК; 3-е ВИК
Для получения некоторых данных о возможностях, присущих ВИК, был: проведен расчет характеристик ротора, работающего при скорости ветра 7,5 м/с, на различных его радиусах:
для трех случаев: работа без ВИК, работа с ВИК при использовании данных, работа с ВИК при использовании данных. Результаты расчетов, представленные на рис. 3, показывают, что для заданного радиуса мощность, развиваемая ротором с ВИК в 2, большие углы атаки треугольной несущей поверхности) и даже в 7 раз, большие углы атаки треугольной несущей поверхности) превышает мощность обычной роторной системы в природном ветровом потоке. Вместо обычной системы с ротором радиусом 24 м та же самая мощность может (быть получена при наличии ВИК от ротора радиусом 17 м (для малого угла атаки) или с радиусом 9,8 м (для большого угла атаки). Поэтому с помощью ВИК можно существенно улучшить характеристики мощности.
