Читайте также:
|
|
Представим равномерный поток ветра, набегающий на идеальное ветроколесо со скоростью V в сечении АА' (рис.1). В сечении ВВ' на ветроколесе скорость будетV1=V–v1, а на некотором расстоянии позади ветряка в сечении СС ' скорость будет V2 = V – v2.
При этом вращающееся ветроколесо создаст подпор, вследствие чего скорость потока, по мере приближения к ветряку и некоторое время за ветряком, падает, как показано кривой I на рис. 1
Вместе с этим давление воздуха р, по мере приближения к ветряку, повышается (кривая II), и при прохождении через oметаемую поверхность оно резко падает. За ветряком образуется некоторое разрежение р0 – p2, которое, по мере удаления от ветряка, ассимтотически приближается к нулю, т. е. восстанавливается нормальное давление (кривая III). Потерю скорости за идеальным ветряком можно установить при помощи уравнения Бернулли: . Так как Р2 < Р0, то V > V2.
Кинетическая энергия ветра перед ветряком равна , а за ветряком . Разность этих энергий затрачена на ветроколесе и, в случае отсутствия потерь, может быть получена как полезная работа: (а)
Преобразовав правую часть уравнения (а), получим: . Следовательно: (б)
Энергию T1, воспринятую ветроколесом, можно выразить как произведение из силы давления ветра Р на скорость в плоскости ветряка (V – v1), т. е.: T1= Р(V – v1). (в)
Лобовое давление P равно приращению количества движения струи, проводящей через метаемую поверхность, т. е.: P = m v2.
Подставляя значение Р в уравнение (в), получим T1 = mv2(V – v1) (г).
Сравнивая уравнения (б) и (г) находим, что:
откуда: или: (1)
Равенство (1) показывают, что потеря скорости воздушного потока происходит не только в сечении ветроколеса, но также и на некотором расстоянии за ветряком, причём полная потеря скорости в два раза больше потери на ветроколесе.
Через ометаемую поверхность S ветроколеса протекает масса воздуха m, количество которой за 1 секунду будет равно: m = rSV. (2)
Подставляя значение массы воздуха в выражение кинетической энергии ветра перед ветроколесом, получим: . Взяв отношение секундной работы, воспринятой идеальным ветроколесом: T1 = P×(V – vl) к той энергии ветра, которая протекала бы через сечение, равное ометаемой поверхности ветряка: ,
получим идеальный коэффициент использования энергии ветра xi. (3)
Преобразуем это уравнение: Выражение называют коэффициентом нагрузки на ометаемую площадь, или коэффициентом лобового давления, и обозначают буквой В, т. е.: (4)
Подставив в это уравнение P = pS(V – v1)v2 = pS(V – v1)2v1и обозначив , после сокращений получим: (5)
Поступая так же с уравнением (3 66), для xi. получим: (6)
Отношение называют коэффициентом торможения. Определим значение е, при котором xi будет иметь максимальную величину. Для этого возьмём первую производную и приравняем её нулю, т. е.: или:
откуда: 3е2 – 4е + 1 = 0. Решая это равенство, находим, что x принимает максимальное значение, когда e = 1/3, при этом Из уравнения (3) находим В – коэффициент нагрузки на ометаемую площадь при максимальном xi: Таким образом, из классической теории идеального, ветряка вытекают следующие основные положения.
Таким образом, скорость ветра за ветроколесом в три раза меньше скорости ветра перед ветроколесом.
Е.M. Фатеев Задаваясь коэффициентом торможения в пределах от 0 до 1 и подсчитывая с помощью уравнений (3) и (5), получим следующие значения коэффициентов xi и В:
Дата добавления: 2015-08-03; просмотров: 149 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
ТЕОРИЯ ИДЕАЛЬНОГО ВЕТРЯКА | | | ТЕОРИЯ ИДЕАЛЬНОГО ВЕТРЯКА ПРОФ. Г. X. САБИНИНА |