ДОДАЛЕ ОБИЧЕН ПРСТЕН НА ВЕТЕРНИЦА И ДОБИЛЕ 75 ОТСТО ПОВЕЌЕ СТРУЈА Инженери тестираа нов начин за искористување на ветерот

Ветерните електрани обично се проектираат според едноставен принцип: лопатките се поставуваат на места каде што дува најсилен ветер, а роторот се користи за да се извлече што е можно повеќе енергија.

Но, инженерите од Политехничкиот универзитет во Лоѓ, Полска, испитувале поинаков пристап. Наместо роторот да остане изложен на воздушниот проток, тие го опкружиле со специјално обликуван дифузор, кој завршува со проширен прстенест раб.

Според истражувањето објавено во научното списание International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, ветерна турбина со дифузор (DAWT) била тестирана во аеродинамички тунел. Во исти услови, таа произвела до 70–75 отсто повеќе енергија од идентичен ротор без насочувач на воздухот.

Овој резултат, сепак, не значи дека едноставното додавање голем прстен на која било ветерна турбина автоматски ќе го зголеми производството на електрична енергија за три четвртини.

Експериментот бил спроведен со мал модел во контролирани лабораториски услови. Сепак, резултатите покажале дека внимателно насочениот воздушен проток потенцијално може да ја зголеми ефикасноста на компактните турбини, особено во подрачја со релативно слаби ветрови.

Идејата зад необичниот насочувач на воздухот

Целта на инженерите била да ја зголемат количината воздух што минува низ работната зона на турбината. За да го постигнат тоа, роторот го поставиле во дифузор кој, во суштина, формира краток аеродинамички канал околу лопатките.

Каналот се проширува кон задниот дел и завршува со прстенест раб, односно прирабница, што е клучна карактеристика на дизајнот. При минувањето на воздухот низ дифузорот се создава зона со понизок притисок зад роторот.

Во истражувањето, објавено во списанието Renewable Energy, научниците ги споредиле перформансите на самостоен ротор со оние на истиот ротор опремен со дифузор и проширен раб. Притоа ги мереле брзината на вртење, вртежниот момент и оптоварувањето на лопатките.

Експериментите покажале дека дифузорот го менува воздушниот проток што стигнува до роторот и влијае врз однесувањето на лопатките.

Овој концепт не е целосно нов. Јапонски истражувачи претходно развиле слични решенија, познати како „ветерни леќи“ (wind lens), со цел да ја зголемат количината воздух што минува низ турбината. При тестирањето на ветерна турбина со дифузор од три киловати, истражувачите го испитувале однесувањето на лопатките при брзина на ветерот од 6,9 до 11,6 метри во секунда.

Што се случило во аеродинамичкиот тунел?

Тестирањето било спроведено во мал подзвучен аеродинамички тунел во Институтот за турбомашини при Политехничкиот универзитет во Лоѓ. Роторот бил анализиран со и без насочувач на воздухот, а коефициентот на моќност бил прикажан во зависност од брзината на врвовите на лопатките.

Зголемувањето на моќноста било поврзано со поголемиот проток на воздух низ дифузорот. Мерењата покажале и дека распределбата на притисокот и брзината на воздухот во близина на проширениот дел влијаат врз работењето на целиот систем.

Подоцнежни истражувања испитувале како обликот на прстенестиот раб влијае врз овој ефект. Во студија од 2017 година, објавена во списанието Alexandria Engineering Journal, научниците користеле компјутерска динамика на флуиди за да испитаат различни агли на работ.

Тие утврдиле дека вртлозите што се создаваат зад прстенестиот раб можат да формираат зона со уште понизок притисок зад дифузорот, со што се поттикнува вовлекување поголема количина воздух низ уредот.

Симулациите покажале дека промената на геометријата на работ директно го менува протокот на воздух низ дифузорот и областа околу роторот. Наодите укажуваат дека прстенестиот насочувач не служи само како заштита за роторот, туку со својот облик активно влијае врз околниот воздух и ја зголемува количината воздух што минува низ лопатките.

Перспективна идеја со практични ограничувања

Истражувањето ја разгледувало и можноста за примена на овој концепт кај малите ветерни турбини. Во тој период, на институтот се развивала турбина со дифузор од три киловати, наменета за работа во услови на послаб ветер.

Таквата турбина би можела да биде корисна во подрачја каде што конвенционалните турбини потешко ја претвораат енергијата на слабите ветрови во електрична енергија.

Со создавање разлика во притисокот околу насочувачот, дифузорот го засилува протокот на воздух кон роторот. Така, во соодветни услови, и мал ротор би можел да произведува значително количество енергија.

Сепак, овој дизајн има и недостатоци. Прстенестиот насочувач значително ја зголемува тежината и вкупните димензии на турбината. Поради проширениот облик, тој е изложен и на поголеми аеродинамички сили и оптоварувања од ветерот.

Турбините во реални услови мора да се приспособуваат на променливи правци на ветерот, турбуленции и механички оптоварувања што не можат целосно да се пресликаат во лабораторија.

И покрај овие ограничувања, експериментот укажува на интересна можност: наместо само да ги зголемуваат лопатките или брзината на вртење, инженерите можат активно да го обликуваат воздушниот проток околу роторот.

Лабораторискиот тест покажал дека проширениот прстенест насочувач може значително да го зголеми протокот на воздух и да го подобри производството на енергија. Колкав би бил ефектот во реални услови, сепак, треба дополнително да се утврди.