ru
EnglishУкраїнська

Вход

Восстановить пароль?

Нет аккаунта? Создай здесь!

Все статьи >  Энергия ветра >  Экспериментальное подтверждение математической модели, выполненной в программе «Аэродинама»

Serhii Korneliuk25 дек, 2019 • 4 минуты чтения

Экспериментальное подтверждение математической модели, выполненной в программе «Аэродинама»

300Энергия ветра
Экспериментальное подтверждение математической модели, выполненной в программе «Аэродинама»

Ключевыми показателями работы ветротурбины, является коэффициент использования энергии ветра. Этот показатель зависит как от аэродинамических так и геометрических показателей ВЭУ. Задача теоретического расчета ветротурбины состоит в том, чтобы достаточно точно рассчитать аэродинамические характеристики лопастей ветротурбины, и оптимизировать их геометрию для получения заданного показателя мощности.

Предложенная математическая модель позволяет выполнить такую оптимизацию с высокой точностью за считанные секунды. Поэтому было принято решение для проверки алгоритма работы программного комплекса «Аеродинама» путем изготовления физической модели ветротурбины, и проверка ее в реальных условиях эксплуатации.

Для контроля показателей ВЭУ, был разработан логгер на базе платы микроконтроллера Arduino Nano версии 3.0 и набора нескольких датчиков. А именно датчика Холла KY-003 Hall, датчика ACS712 30А и датчика DS18B20. Скорость ветра измерялась с помощью аналогового анемометра с электромагнитной системой, и контролировалась по уровню напряжения на выходе. Текущие данные накапливались на карте памяти и дублировались на дисплей. Шаг измерения - 1 сек. Отслеживались следующие данные: скорость ветра, обороты рабочего вала ветроколеса, напряжение на выходе блока выпрямителя, ток на выходе выпрямителя, мощность и температура обмоток генератора.

Для проверки математической модели, были взяты ВЭУ с генератором на постоянных неодимовых магнитах мощностью 400 Вт и стартовым моментом 0,49 Н·м. КПД генератора принято 80%. Для ветроколеса избран трехлопастной винт с профилем лопастей BRUXEL 36. Среднегодовое скорость ветра взято 3,5 м/с, а бурную, 25 м/с.

В результате расчетов получено ветроколесо диаметром 2,55 м, коэффициентом использования энергии ветра 0,46 и расчетными оборотами 340 об/мин. Стартовая скорость ветра 1,5 м/с, расчетная сила лобового давления 170 Н и расчетный крутящий момент на валу генератора 11,2 Н·м.

Из набора полученной в результате математического моделирования, облака точек, с помощью программного пакета SolidWorks было построено 3D модель лопасти, а дальше изготовлено ее физическую модель и сконструирован ВЭУ.

В рамках защиты ВЭУ от неблагоприятных условий, было использовано механическую защиту, гарантирующий вывод ветроколеса с рабочей плоскости в плоскость параллельную направлению ветра. Защита настроена таким образом, чтобы он начинал действовать при достижении скорости ветра около 8 м/с. Работу электрического генератора были направлены на зарядку аккумуляторных батарей через зарядное устройство.

Собранные данные были импортированы в программный комплекс MS EXCEL для обработки и построения графиков. На рис. мы можем увидеть фрагмент файла с данными.

В приведенном примере видно, что значение скорости ветра и обороты не имеют четкой и прямой зависимости. Например, мы можем увидеть, что значению 150 об/мин в сроках 207, 211, 213 и 214 соответствуют разные показатели скорости ветра, а именно 2,54, 2,73, 3,22 и 2,83. Такая разница в показателях обусловлена ​​инерционностью механической системы ВЭУ и влиянием электрической нагрузки.

Тем не менее, варьирование показателей, имеет незначительный характер, что позволяет построить графики зависимости обороты и мощности ВЭУ от скорости ветра, в достаточно большом диапазоне.

Так, как при построении графиков расчетной модели, мощность задано как механический параметр, а при логирования данных это параметр электрический, то для сравнения результатов, нами выбрана только график зависимости оборотов от скорости ветра. В программном комплексе MS EXCEL, было построено график.

Незначительная НЕ линейность графика слева обусловлена ​​влиянием системы управления зарядом аккумуляторных батарей через электрическую нагрузку на работу генератора в свою очередь дает дополнительную нагрузку на ветроколесо. Тем не менее, на графиках можно четко отследить, что полученные данные соответствуют расчетным.

Проведенный эксперимент с помощью ВЭУ мощности 400 Вт, подтвердил правильность математической модели, полученной благодаря программного комплекса «Аеродинама». Незначительные отклонения математической модели от физической вызваны с отсутствием учета дополнительных параметров, влияющих на работу ВЭУ. К таким параметрам можно отнести влияние потребителя электрической энергии.

Похожие публикации:

#3 / Ветряк «NoName-1» / разметка ротора для поклейки магнитов
Энергия ветра

#3 / Ветряк «NoName-1» / разметка ротора для поклейки магнитов

Подробнее
#6 / Ветряк «NoName-1» / замеры напряжения тестовой катушки
Энергия ветра

#6 / Ветряк «NoName-1» / замеры напряжения тестовой катушки

Подробнее
#4 / Ветряк «NoName-1» / поклейка магнитов первый этап / залипания / звук генератора
Энергия ветра

#4 / Ветряк «NoName-1» / поклейка магнитов первый этап / залипания / звук генератора

Подробнее
#7 / Ветряк «NoName-1» / изготовление оснастки для намотки катушек / о качестве заливки ротора
Энергия ветра

#7 / Ветряк «NoName-1» / изготовление оснастки для намотки катушек / о качестве заливки ротора

Подробнее

Мы используем файлы cookie для персонализации контента и рекламы, предоставления функций социальных сетей и анализа нашего трафика. Мы также передаем информацию об использовании вами нашего сайта нашим партнерам по социальным сетям, рекламе и аналитике, которые могут объединять их с другой информацией, которую вы им предоставили или которую они собрали при использовании вами их услуг.