- •С.А. Карауш
- •В.В. Литвак
- •Традиционные источники энергии
- •Экологические проблемы энергетики
- •Термоэлектрические преобразователи
- •Фотоэлектрические преобразователи
- •Нагревание воды солнечным излучением
- •Другие применения солнечной энергии
- •Подогреватели воздуха
- •Зерносушилки
- •Охлаждение воздуха
- •Использование энергии Солнца в автомобилях
- •Концентрирующие гелиоприемники
- •Солнечные коллекторы
- •Паротурбинные сэс
- •Ветроэнергетика
- •7.1. Энергия ветра и возможности ее использования
- •Перспективы использования энергии ветра
- •Запасы энергии ветра и возможности ее использования
- •Основы теории расчета ветроэнергетических установок
- •Работа поверхности при действии на нее силы ветра
- •7.3.2. Работа ветрового колеса крыльчатого ветродвигателя
- •Теория идеального ветряка
- •Понятие идеального ветряка
- •Классическая теория идеального ветряка
- •7.5. Теория реального ветряка
- •Работа элементарных лопастей ветроколеса.
- •Второе уравнение связи
- •Момент и мощность всего ветряка
- •Потери ветряных двигателей
- •Характерные особенности ветрогенераторов
- •Классификация ветроэнергетических установок для производства электроэнергии
- •Производство механической работы
- •Минусы ветроэнергетики
- •Вэс с точки зрения экологии
- •Сухие скальные породы
- •Естественные водоносные пласты
- •Запасы и распространение термальных вод
- •Методы и способы использования геотермального тепла
- •Использование геотермального тепла в системах теплоснабжения
- •Теплоснабжение высокотемпературной сильно минерализованной термальной водой
- •Теплоснабжение низкотемпературной
- •8.З.1.З. Двухконтурные системы геотермального теплоснабжения
- •Использование геотермального тепла для выработки электроэнергии
- •8.З.2.1. ГеоТэс на парогидротермах
- •Двухконтурные ГеоТэс на низкокипящих рабочих телах
- •8.3.2.5. Геотермально-топливные электростанции
- •Комбинированное производство электрической и тепловой энергии
- •Верхне-Мутновская ГеоТэс
- •Океанская ГеоТэс
- •Паужетская ГеоТэс
- •Тепловая энергия океана
- •1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величи-
- •Энергия приливов и отливов
- •Энергия морских течений
- •Использование тепловой энергии океана
- •Преобразователи энергии волн
- •Преобразователи, отслеживающие профиль волны
- •Преобразователи, использующие энергию колеблющегося водяного столба
- •Подводные устройства
- •Использование энергии приливов и морских течений
- •Мощность приливных течений и приливного подъема воды
- •Использование энергии океанских течений
- •Общая характеристика технических решений
- •Использование теплоты отработавших газов
- •Теплосодержание отработавших газов
- •Теплообменники для отработавших газов
- •Котлы-утилизаторы (ку)
- •Использование теплоты испарительного охлаждения
- •Использование теплоты низкого потенциала
- •Системы аккумулирования энергии
- •Использование теплоты продукции и отходов
- •- Подача сырья; 5 - горячий клинкер; 6 - охлажденный клинкер;
- •Общие сведения
- •Классификация биотоплива
- •Производство биомассы для энергетических целей
- •Сжигание биотоплива для получения тепла
- •Пиролиз (сухая перегонка)
- •Другие термохимические процессы
- •Спиртовая ферментация (брожение)
- •Агрохимические способы получения топлива
- •Проблема взаимодействия энергетики и экологии
- •Влияние ветроэнергетики на природную среду
7.3.2. Работа ветрового колеса крыльчатого ветродвигателя
Крыльчатые ветроколеса работают за счёт косого удара при движении лопастей перпендикулярно к направлению скорости ветра в противоположность к прямому удару, рассмотренному в предыдущем случае. Устройство такого колеса показано на рис. 7.11.
На горизонтальном валу закреплены крылья, число которых у современных ветродвигателей бывает от двух и больше. Крыло ветроколеса состоит из маха а и лопасти б, закрепляемой на махе так, что она образует с плоскостью вращения некоторый угол р. Этот угол называют углом заклинения лопасти (рис. 7.11).
При этом на её элементы набегает воздушный поток с относительной скоростью W под углом а, который называют углом атаки, и действует с силой R. Углы р и а в значительной мере определяют эффективность крыльев.
С
I
Максимальные силы, приводящие колесо во вращение, получаются при некотором значении угла атаки а , т. е. угла наклона относительного потока к поверхности лопасти. Ввиду того что окружная скорость по длине крыла не одинакова, а возрастает по мере удаления его элементов от оси вращения ветроколеса, относительная скорость W набегания потока на лопасть также возрастает. Вместе с этим убывает угол атаки а, и при некоторой окружной скорости со ■ R, где со угловая скорость, этот угол станет отрицательным (рис. 7.12, б). Следовательно, не все элементы крыла будут иметь максимальную подъёмную силу.
Если мы будем уменьшать угол р каждого элемента лопасти по мере удаления его от оси вращения так, чтобы наивыгоднейший угол атаки а примерно сохранялся постоянным, то мы получим условие, при котором приблизительно все элементы лопасти будут работать со своей максимальной подъёмной силой. Лопасть с переменным углом заклине- ния получает форму винтовой поверхности.
С£
С
Направление
вращения
Рис. 7.12. а - схема действия сил воздушного потока на элемент лопасти; б - графическое изображение относительного потока, набегающего на элементы лопасти, расположенные на разных радиусах ветроколеса
илу R раскладывают на силы Px и Py (рис. 7.12, а). Силы Px производят давление в направлении ветра, которое называется лобовым давлением. Силы Py действуют в плоскости y - у вращения ветроколеса и создают крутящий момент.Правильные углы заклинения лопасти при хорошем аэродинамическом качестве профиля, а также ширине, соответствующей заданной быстроходности, обеспечивают высокий коэффициент использования энергии ветра. У хорошо выполненных моделей он достигает 46 %.
Теория идеального ветряка
Понятие идеального ветряка
Идеальным ветряком называют ветроколесо, у которого:
Ось вращения параллельна скорости ветра.
Бесконечно большое число лопастей очень малой
ширины.Профильное сопротивление крыльев равно нулю, и циркуляция вдоль лопасти постоянна.
Потерянная скорость воздушного потока на ветроколесе постоянна по всей сметаемой поверхности ветряка.
Угловая скорость стремится к бесконечности.
Теорию идеального ветряка впервые разработал в 1914 г. В.П. Ветчинкин на основе теории идеального гребного винта. В этой работе он установил понятие коэффициента использования энергии ветра идеальным ветряком.
В 1920 г. проф. Н.Е. Жуковский изложил теорию «Ветряной мельницы НЕЖ», где сделал вывод коэффициента использования энергии ветра идеальным ветряком.
Аналогичные теории были разработаны позднее также в нашей стране проф. Г.Х. Сабининым и акад. Г.Ф. Проскура.
Теория идеального ветряка проф. Н.Е. Жуковского носит название классической теории; она устанавливает, что максимальный коэффициент использования энергии ветра идеальным ветряком равен 0,593.
Наиболее
полно, с точки зрения практического
применения, теория идеального ветряка
изложена проф. Г.Х. Сабининым, согласно
которой коэффициент использования
энергии ветра идеальным ветряком равен
0,687. Отличие этой теории от прежних
теорий заключается в том, что при
определении осевой силы давления потока
на ветроколесо импульс сил
подсчитывается по вихревому соленоиду
в том месте, где он принял уже установившуюся
цилиндрическую форму, а не в момент его
образования, как принималось прежними
теориями. Так как соленоид в цилиндрической
части имеет площадь сечения большую,
чем площадь, ометаемая
ветроколесом, то осевая сила и коэффициент
использования энергии ветра, по теории
Г.Х. Сабинина, получаются несколько
большими.