Стартовая >> Архив >> Генерация >> Генератор вихрей

Генератор вихрей

Оглавление
Генератор вихрей
Генератор вихрей с плохо обтекаемым телом
Поле скоростей вихря
Характеристики мощности для различных конфигураций
В движущейся жидкости при определенных условиях возникают вихри. Они реально проявляются в идеальном вихревом поле, в котором скорости направлены по концентричным круговым линиям тока и обратно пропорциональны радиусу вихря. Их можно. рассматривать в качестве эффективных концентраторов кинетической энергии: примером такого атмосферного вихревого потока является — торнадо. Назначение вихревого концентратора состоит в использовании необычных аэродинамических характеристик вихрей для разработки усовершенствованных ВЭУ. Основной принцип заключается в генерировании и управлении дискретными вихрями, характеризующимися высокой плотность кинетической энергии при соответствующем взаимодействии аэродинамических поверхностей с ветровым потоком, имеющим малую плотность кинетической энергии. Разработанные для этих целей ветродвигатели, имеющие соответствующую конструкцию, используют энергию этого концентрированного вихревого поля. Эта идея получила название вихревого концентратора (ВИК). Конкретной целью проекта было рассчитать и оценить ВИК точки зрения их потенциальных возможностей для применения ВЭУ и разработать действующую модель небольшой мощности для конкретной системы ВИК, принятой в качестве наиболее подходящего прототипа для применения в ближайшей перспективе. В программе вначале рассматривались два различных типа устройств—1 вихревые генераторы с тонким и плохо обтекаемым телом.

Генератор вихрей с тонким телом

Такой генератор может быть представлен обычным крылом летательного аппарата. Вихри, сбегающие с концов крыла, развиваются в следе за ним, и благодаря сконцентрированному вихревому движению могут представлять опасность для самолета, следующего в зоне вихря. Это иллюстрируется рис. 1. Когда огромная струя истекает на установившемся режиме, вихревой след может сделать аэродром опасным для легких самолетов. Если легкое крыло проходит через след в поперечном направлении, то оно подвергается действию больших нормальных нагрузок, подобных эффекту встречного порыва. Если самолет больших скоростях ветра при полностью развитом срыве потока; поскольку стойки так или иначе необходимы, они должны быть рассчитаны на получение некоторой постоянной предварительной крутки. Это обеспечивает получение лучших характеристик при малых скоростях ветра и меньших площадях лопастей, а также ухудшение характеристик при больших скоростях ветра, когда потенциально возможное значение развиваемой мощности превышает то, которое может быть использовано ВЭУ с системой регулирования движется посередине между сбегающими вихрями, то крыло испытывает действие сильного скошенного потока, тем большего, чем больше вертикальная скорость подъема. Этот вид движения особенно опасен вблизи поверхности земли, где устойчивые вертикальные течения могут быть причиной аварий легких самолетов. Менее вероятным, но и более опасным представляется прямолинейный полет вдоль ядра вихря: он вызывает чрезвычайно большие углы крена на попадающем в него самолете, которые могут превышать возможности его системы управления. Генерирование вихрей самолетным крылом характеристики скороподъемности Рис. 1. Генерирование вихрей самолетным крылом (а) и характеристики скороподъемности (б) и относительных аэродинамических сил (в). 1 — скос потока вверх; 2 — индуцированный скос потока вниз; А — движение самолета, при котором происходит параллельное проникание ядра вихря, характеризуемое углом крена, превышающим угол, допускаемый системой управления; Б — движение самолета, при котором поле потока со значительным скосом уменьшает возможность набора высоты, а вихревая система развивается параллельно траектории полета самолета, образующего вихри; В — движение самолета, при котором большие нормальные силовые нагрузки наблюдаются в случае, когда вихрь ориентирован в поперечном направлении; V — свободный вихрь; 2 — затухание вихря; / — зависимость отношения нормальной силы к весу F / G от расстояния между следами /; // — ограничение нагрузки. Потенциальная опасность взаимовлияния между вихрями, сбегающими с самолета, и летящим за ним самолетом побудила к проведению многих исследований вихревых явлений, рассмотренных на международной конференции в 2006 г. и на специальном двухдневном семинаре, проведенном институтом American Institute of Aeronautics and Astronautics. Генерирование вихря а; б) Рис. 2. Генерирование вихря при треугольной форме крыла в плане (а) и зависимость коэффициента подъемной силы су от угла атаки а(б): 1 — ядро вихря; 2 — основной вихрь; 3 — вторичный вихрь; 4 — вихревое поле, формирующееся при отрыве потока с передней кромки треугольного крыла; 1 — коэффициент полной подъемной силы; 2 — доля потенциального потока; Ас — доля вихревого потока (удлинение крыла = 1,5). Подобная вихревая структура создается при отрыве потока на острой передней кромке крыла малого удлинения, например треугольной формы в плане. На рис. 2 показан процесс образования вихрей и дополнительного увеличения подъёмной силы, обусловленного ими. Приращение подъемной силы при такой форме в плане вызывает необходимость дальнейших исследований вихревых явлений. Можно предположить, что энергия в этой расширенной завихренной области, интенсивность которой зависит от положения треугольного крыла, может быть эффективно использована, если ветроколесо будет спроектировано соответствующим образом. Как осевая, так и тангенциальная составляющие скорости превышают скорость невозмущенного набегающего потока. Поэтому абсолютная скорость в завихренной зоне, равная квадратному корню из суммы квадратов двух составляющих, значительно больше скорости набегающего потока. Таким образом, небольшое ветроколесо диаметром около четверти полуразмаха треугольного крыла может работать в условиях более высоких скоростей, чем ветроколесо в свободном потоке. Подобная система увеличения скоростей открывает потенциальные возможности использования всех преимуществ применения меньших по размерам высоконагруженных ветроколес. При этом имеется возможность изменения угла атаки треугольного крыла, поддержания почти постоянной частоты вращения ветроколеса при различных скоростях ветра и работы при меньших скоростях ветра, чем у ВЭУ без концентраторов энергии. Очевидно, что имеется необходимость использовать значительный объем теоретической, экспериментальной и практической информации о вихрях, генерируемых тонким крылом и телом. К рамках данной программы предусматривается применение этой информации как основы для разработки ВИК. При обтекании ветровым потоком соответственно спроектированных тел рассматриваемого типа можно сконцентрировать значительное количество кинетической энергии в локальной вихревой системе и использовать ее с помощью соответствующих ветроприемных устройств. Кроме того, за счет изменения положения генератора вихрей можно управлять пространственным расположением и напряжением образующихся вихрей.

 
« Выбор участков для строительства ветроустановок в США   Главные электрические схемы электростанций »
электрические сети