Исследование ветряной турбины малой мощности горизонтального типа

ЦЕЛЬ. Разработка и создание экспериментально стенда, проведение натурного эксперимента, верификация разработанной численной модели плоского аэродинамического профиля S809 на основе его безразмерных характеристик, произвести анализ обтекания профиля при различных углах атаки.

МЕТОДЫ. Рассмотрена методика исследования структуры потока вокруг ветряной турбины с использованием численных методов газовой динамики, основанных на решении системы уравнений Навье-Стокса. Использованы математические методы моделирования с помощью модели турбулентности k-ε и SST.

РЕЗУЛЬТАТЫ. По результатам проведенного исследования спроектирован лабораторный стенд при помощи систем автоматизированного проектирования САПР и изготовлен на 3D принтере методом FDM печати. Проведено экспериментальное исследование зависимости частоты вращения ветряной турбины от угла установки лопасти и получаемого напряжения в сети, изменение коэффициента мощности и КПД ветряной электроустановки в зависимости от скорости ветра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработанная ветряная турбина обладает мощностью 2,6 Вт при скорости ветра 4 м/с. Данное изобретение рекомендуется использовать с целью обучения методам проектирования и конструирования аналогичных установок. Для разработанного ветрогенератора возможно проводить оптимизацию работы с использованием метода численного трехмерного термогазодинамического моделирования, оценивать характер течения потока на нерасчетных режимах работы, что ускоряет процесс создания конечной установки и улучшает ее параметры эффективности.

1. Насырова Е.В., Тимербаев Н.Ф., Леухина О.В., Мазаров И.Ю. Aнализ данных ветромониторинга в Республике Татарстан. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019. Т. 21. № (6). С. 39-50.

2. Манкевич О.О., Оценка энергопотенциала ветроэнергетики на территории Российской Федерации // Вестник магистратуры, Учредители: ООО Коллоквиум (Йошкар-Ола), 2020. С. 10-12.

3. Шаманин С.Ю., Блинов В.Л., Горюнова И. Ю., Верификация численной модели обтекания потоком воздуха аэродинамического профиля s809 для лопастей ветряной турбины // Международная научно-практическая конференция «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Атомная энергетика» Екатеринбург, 2019. С.691-694.

4. Hand M., Simms D., Fingersch L. J., Jager D., Larwood S., J.Cotrell, and Schreck, S. Unsteady Aerodynamics Experiment Phase VI: Wind Tunnel Test Configurations and Available Data Campaigns.// Tech. rep., National Renewable Energy Laboratory (NREL), 2001. pp. 13-59.

5. Somers, D. M. Design and Experimental Results of the S809 Airfoil // Pennsylvania, Airfoils, Incorporated State College, 1997.

6. Ansys helper [Электронный ресурс] URL: https://ansyshelp.ansys.com/ Дата обращения: 01.08.2019.

7. Advances in wind power. Edited by Rupp Carriveau. [Электронный ресурс] URL: https://www.intechopen.com/books/advances-in-wind-power Дата обращения: 21.08.2019.

8. Байков В.Н., Волынов М.А., Взаимная согласованность закономерностей течения и гидравлического сопротивления // Вестник МГСУ. 2013. № 5. С. 133—140.

9. Брянская Ю.В., Перемежаемость течения при переходном режиме гидравлического сопротивления // Вестник МГСУ. 2013.

10. Matyushenko A. A., Garbaruk A. V., Adjustment of the k-ω SST turbulence model for prediction of airfoil characteristics near stall // Journal of Physics: Conference Series 2016. 769 с.

11. Pironneau O., Rodi W., Ryhming I.L., Numerical Simulation of Unsteady Flows and Transition to Turbulence // UK, Cambridge University Press , 2008.

12. Савенко А.Е., Османов Э.Ш., Расчет реализуемой мощности и выработки электроэнергии одиночно стоящей ветроустановкой // Вестник КГЭУ. 2019. №1 (41) С. 68-78.

13. Aleksin, V.A. Numerical Simulation of the Interaction of Unsteady Surface Blowing (Suction) with Turbulent Near-Wall Flow // Fluid Dynamics, Maik Nauka/Interperiodica Publishing. 2019. C. 797-811.

14. Кривцов В.С., Олейников А.М., Яковлев А.И., Неисчерпаемая энергия. Кн. 2. Ветроэнергетика // Харьков: Нац. Аэрокосм. Ун-т, Севастополь: Севаст. Нац. Техн. ун-т, 2004. - 519с.

15. My blade [Электронный ресурс] URL: https://drive.google.com/drive/folders/ 1pAidAFoU27PKSZAWu1VawrrQ37x4p8iJ?usp=sharing. Дата обращения: 20.09.2019.

16. Testo 425, Термоанемометр со стационарно подсоединенным зондом с обогреваемой струной [Электронный ресурс] URL: https://www.chipdip.ru/product/testo-425 Дата обращения: 04.09.2019.

17. Березкин М.Ю., Синюгин О.А. География инвестиций в возобновляемую энергетику мира // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2018. №4.