чительно выросла и энергия ветра имеет одно из
лёса, подшипники, из за которых происходит меха-
самых важных ответственных лиц увеличивающего-
ническое сопротивление. Устройство, способное
ся размера ветряных турбин делая силу ветра одним
собирать энергию ветра, также должны учитываться
из наиболее актуальных источников энергии. Тем не
важные преимущества - это влияние на дикую при-
менее, в секторе распределенной энергетики, где
роду (в основном на птиц), визуальное воздействие,
энергия генерируется близко к точке использования,
причина явлений электромагнитных помех с антен-
наиболее замечательная технология может быть
нами или радарами, затраты и многие другие факто-
фотоэлектрической солнечной энергией. Отсутствие
ры должны также учитываться при разработке ново-
подвижных механических частей позволяет соби-
го устройства ветрогенерации. Вихревые ветрогене-
рать энергию от солнца с минимальным обслужива-
раторы со временем более похожи по своим харак-
нием и отсутствием воздействия шума окружающей
теристикам и экономичности на солнечные панели,
среды. Кроме того, хорошо известно, что комбини-
чем на обычные ветряные турбины. В основном,
рованное использование различных возобновляемых
технология без лезвий состоит из цилиндра, закреп-
источников энергии является синергетическим ха-
ленного вертикально с помощью эластичного
рактером, так какв некоторые периоды отсутствует
стержня. Цилиндр колеблется в диапазоне ветра,
ветер, солнечный свет, и в работу вступает взаимная
который затем генерирует электричество через си-
компенсация. Развитие нового ветрогенератора мо-
стему генератора. Вихревая ветротурбина на самом
жет быть очень полезным, если он способен эмули-
деле не является турбиной, поскольку она не враща-
ровать особенности, которые сделали фотогальва-
ется. Ветрогенератор основан на явлении аэроупру-
нику главным источником энергии в распределен-
гого резонанса, поэтому устройство колеблется с
ной энергетике. По отношению к крупномасштаб-
тихим неагрессивным движением, что делает его
ной энергии ветра, оффшорная технология (турбины
идеальным для размещения в любом месте, не ме-
установлены в океане) очень перспективным. Одна
шая живой природе.
47
Журнал «Интернаука»
№ 16 (145), часть 2, 2020 г.
2. Резонанс
направлении потока ветра работают по фазе все
Резонансное явление возникает, когда колебание
вместе, достигнув более высокой производительно-
усиливается периодическим движением. В аэро-
сти.
упругости воздух может вызывать колебательное
движение в теле, если естественная резонансная
частота и вихревой поток частоты одинаковы. Эта
безлопастная ветряная турбина (которая на самом
деле не является турбиной) улавливает энергию вет-
ра с помощью резонансного явления, вызванного
аэродинамическим эффектом, называемым вихре-
вым потоком. В механике жидкости , когда ветер
проходит через затупленное тело, поток изменяется
и генерирует циклическую картину вихрей. Как
только частота этих сил достаточно близка к струк-
турной частоте тела, тело начинает колебаться и
входит в резонанс с ветром. Это также известно
как Вихревая Вибрация (VIV)[1].
Потеря вихря (рисунок 1) происходит периоди-
чески, с силами перпендикулярными к инциденту
направление ветрового потока. Существует посто-
янная пропорциональность St между средней скоро-
стью падающего потока ветра v, обратный его ха-
рактеристике длине Φ и частота вихревого потока f:
𝑓 = 𝑆𝑡𝑣 (1)
Ф
Рисунок 2. Эволюция диаметра мачты по высоте
Характеристическая длина цилиндрических
структур представляется в уравнении (1). Этот под-
ход хорошо подходит для статической структуры,
но со структурами, колебание которых не ничтожно,
можно доказать, что лучше подходит получено с:
Φ = D + a · X
Рисунок 1. 2D VIV контур давлений
(2)
где Φ-характеристическая длина, является сум-
Re= 416 y A/D = 0,2
мой, Х-амплитуда колебаний, D-сумма диаметр
матч, а
Такие аэродинамические резонансные явления
-поправочный коэффициент, зависящий от
числа Рейнольдса.
появляются периодически часто.
Предположим, гибкий и свобод-
ный стержень длиной L (рисунок 2) встроен в мачту
Как правило, направление ветра является пере-
(верхняя часть) и в грунт (нижняя часть). Рассмат-
менным. Вихревое образование, в отличие от других
ривая мачту как твердое тело, она способна коле-
динамических явлений, такие как трепетания или
баться под малыми углами, это приемлемо, потому
скачки, легко образуются в корпусах круглого сече-
что амплитуда колебаний Х равна нулю на высоте
ния.
Но с другой стороны, как правило, чем выше
у = L / 2[4].
вы от земли, тем больше увеличивается градиент
В этой позиции характерная длина со-
гласно
(2)
соответствует
диаметрумачты
ветра скорости. Экспоненциальный закон Гельма-
Φ = D (L / 2) = d и вихревая частота выпадения f со
на[2]хорошо описывает этот процесс. Вышеупомя-
скоростью ветра
нутые причины, вертикальная и стройная структура
𝑣
∞ (L / 2) составляет:
круглого сечения является более адекватным и луч-
шим для накопления энергии ветра, при этом не
𝑓 = 𝑆𝑡𝑣∞(𝐿2) (3)
требуя механического вала. Производительность в
𝑑
В любом другом разделе мачты, где значение
преобразовании кинетической энергии ветра в ме-
колебаний малы, вихревая частота будет выглядеть
ханическую энергию должна быть как можно ближе
так:
до предела Бетц [3]. Что касается этого, то мачта
является жесткой частью конструкции непосред-
ственно взаимодействуя с ветром. Как показано ни-
𝑓(𝑦) = 𝑆𝑡𝑣∞(𝑦) (4)
𝐷(𝑦)+𝑎𝑋(𝑦)
же, мы можем достичь синхронного выделения вих-
рей вдоль всей мачты путем изменения диаметра в
Где 𝑣∞ (y) и X (y) - скорость жидкости и ампли-
соответствии с высотой. Таким образом, перпенди-
туда колебаний мачты на каждой высоте у соответ-
кулярные силы в
ственно. Следовательно, H - расстояние между за-
48
Журнал «Интернаука»
№ 16 (145), часть 2, 2020 г.
земляющим якорем гибкого стержня и самой высо-
креплённой к земле.Обычные выпрямительные,
кой части устройства. Если смещение в верхней ча-
фильтрующие и электрические методы регулирова-
стиустройство в γ раз больше диаметра мачты, то:
ния в равной степени применимы как и на других
генераторах электроэнергии, гдевыход переменного
𝑋(𝑦) = 𝑦−𝐿/2 𝛾𝑑 (5)
