Практична робота 4 Дослідження характеристик вітроустановок

Скачати

ПРАКТИЧНА РОБОТА 4

ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВІТРОУСТАНОВОК

Кінетична енергія вітрового потоку зі швидкістю вітру W₀ (м/с):

, (Вт)

де т – масова витрата повітря, її можна визначити з рівняння не­розривності потоку (за відсутності турбулентності):

, (кг)

де ρ – густина повітря (кг/м³); F_об – площа диску (м²), створеного від обертання вітроколеса, через яку проходить вітровий потік.

Тоді потужність потоку вітру буде:

, (Вт)

Як бачимо, потужність вітрового потоку пропорційна до його площі, швидкості вітру в третій степені і густини повітря. Слід зауважити, що технічно складно одержати велику потужність на одній установці від розсіяної енергії повітряного потоку, враховую­чи малу його густину ρ_пов= 1,3 кг/м³ (для порівняння густина води ρ_в = 1000 кг/м³).

Потужність, яку розвиває вітроколесо:

, (Вт)

Параметр k визначає ефективність використання вітроколесом енергії вітрового потоку і називається коефіцієнтом потуж­ності. С залежить від конструкції вітроколеса і швидкості вітру. Максимальна проектна потужність ВЕУ визначається для стан­дартної швидкості вітру W₀ = 12 м/с. Тоді з 1 м² площі F_об отримає­мо потужність близько 300 Вт для значення k = 0,35-0,45.

В процесі проектування ВЕУ за розрахункову швидкість бе­руть більшу за середньорічну, наприклад, для районів з середньою швидкістю вітру W₀ = 4-6 м/с, за розрахункову приймають 8 м/с. Густина повітря, в середньому, становить 1,293 кг/м³, але суттєво залежить від атмосферного тиску і температури. Якщо прийняти сезонну температуру повітря на Україні: для зими -5 °С, для весни і осені + 10 °С, а для літа + 20 °С, і атмосферний тиск повітря близьким до нормального, то густина повітря буде: для зими – 1,18, для весни і осені – 1,054, для літа – 1,016 кг/м³.

Потужність ВЕУ різних типів:

- горизонтального типу:

, (кВт)

де ξ = 0,3-0,35 – коефіцієнт використання енергії вітру; η_Г – ККД електричного генератора, близько 0,875.

- вертикального типу:

, (кВт)

де і – кількість лопастей; b – довжина хорди лопасті;  – відносна потужність, яка залежить від конструкції агрегату, відносної швидкості руху лопастей (, W_л – швидкість лопастей) і аеродинамічних якостей лопастей; L – довжина лопасті.

Введемо поняття швидкохідності вітроколеса Z. Це – відношення колової швидкості кінця лопаті W_кл до незбуреної швидкості вітрового потоку W₀.

 або ,

де R – радіус вітроколеса, ω – кутова швидкість вітроколеса, υ – частота обертання вітроколеса, об/с.

Завдання 1.

Визначити потужність вітрового потоку на 1 м² площі, перпендикулярної до нього, якщо протягом місяця середня швидкість вітру W₀ (м/с). Густина повітря 1,2 кг/м³. Визначити по­тужність вітрового потоку повітря внаслідок зміни його густини у різні пори року.

Для варіантів значення величин наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Завдання 2.

Визначити діаметр вітроколеса і частоту його обер­тання для ВЕУ з горизонтальною віссю обертання за такими да­ними: потужність генератора ВЕУ N (кВт), середня швидкість потоку повітря W₀ (м/с), коефіцієнт використання енергії вітру ξ = 0,32. Коефіцієнт швидкохідності Z. ККД генератора – 0,98.

Значення величин для варіантів наведено в табл. 2.

Таблиця 2

Завдання 3.

Розрахувати якою повинна бути швидкість вітру, щоб вітроустановка з радіусом вітроколеса 5 м розвинула потужність 100 кВт. Необхідні дані взяти із попередньої задачі.

Скачати