Расчет основных параметров ветротепловой установки (Глава 2 магистерской работы), страница 14

Докритическая область обтекания несущего крыла. В переходной области между значениями числа Рейнольдса Re = от 0,3-10⁵ до 10⁵ коэффициент подъемной силы ζ_а несущего крыла снижается с уменьшением числа Рейнольдса тем более, чем больше относитель­ная толщина профиля, а затем остается практически неизменным. Одновременно возрастает лобовое сопротивление . Здесь, сле­довательно, листовые лопатки более выгодны, чем проРфилированные.

Рис. 3.1 Внешний вид выбранного профиля лопасти ветроколеса,

у₀, у_uозначают ординаты верхней и ниж­ней стороны профиля относительно оси абсцисс х_i.

Расчет угла закрутки и ширины профиля на каждом радиусе       лопасти ветроколеса.

Для расчетаугла закрутки и  ширины лопасти необходимо задаться законом распределения угла атаки по всему профилю. Существует несколько схем распределения угла атаки :

1)  принимается оптимальный угол атаки (4⁰) по всей поверхности профиля. Данная схема, казалось бы, является приемлемой, но принятый закон распространения угла атаки приводит к тому, что на периферии лопасть получается закрученной в обратную сторону, а это приводит к осложнениям при запуске ветряного колеса.

2)  принимается линейный закон распространения угла атаки по всей поверхности профиля, что приводит к более рациональному использованию набегающего потока на всех участках лопасти.

3)  принимается квадратичный закон распределения угла атаки по поверхности лопасти, но данная схема приводит к построению менее эффективного профиля по сравнению с выше перечисленными.

Проанализировав все схемы распределения угла атаки, остановимся на линейном законе распространения угла атаки и рассмотрим его использование для расчета ширины лопасти. Расчет угла закрутки и  ширины лопасти будем проводить по методике предоставленной в [42] стр. 80 – 90.

Необходимо задаться  R – радиусом лопасти и изменением отношения r/R, количеством лопастей z. Также задаемся плотностью воздуха ρ, скоростью ветра V и начальным коэффициентом быстроходности λ₀.

Для начала уточняем коэффициент быстроходности по следующей формуле:

Затем вычисляем угол установки лопасти:

Определяем коэффициент ширины лопасти:

Для упрощения вычислений вводим коэффициент h определяемый по  формуле:

После чего определяем коэффициент мощности по формуле:

Рассчитываем эффективный коэффициент быстроходности:

С целью упрощения расчетов вводим новый коэффициент , который вычисляется по формуле:

Определяем I угол между относительной скоростью набегающего потока и окружной скоростью ветряного колеса:

Для вычисления  - угла атаки необходимо выбрать , (угол установки лопасти на периферии):

Определение угла закрутки  лопасти ветряного колеса сводится к формуле:

Вычисление коэффициента подъемной силы:

Рассчитываем ширину лопасти ветроколеса:

Вычисляем коэффициент лобового сопротивления по формуле:

Вычисляем tg между коэффициентом лобового сопротивления и  коэффициентом подъемной силы:

Вычисляем значение ε (осуществляем перевод в градусы):

Рассчитываем коэффициент G:

∙

Пересчитываем коэффициент ширины лопасти:

Пересчитываем коэффициент ε по формуле:

Пересчитываем коэффициент h:

По новым значениям вычисляем коэффициент быстроходности:

Вычисляем силу Fr воздействующюю на лопатку ветроколеса на заданном радиусе r  по формуле:

Определяем момент воздействующий на поверхность профиля на заданном радиусе r  по формуле:

Определяем суммарный момент действующий на всю лопасть ветряного колеса:

Вычисляем скорость вращения ветроколеса:

Определяем окружную скорость:

Рассчитываем получаемую мощность :

C целью автоматизации и предоставления возможности выбора и сравнения различных вариантов характеристик лопасти. На языке программирования Delphi была разработана программа, позволяющая автоматически рассчитывать основные характеристики лопастей. Программный код предоставлен в приложении 1.

Программа имеет следующий вид: