Fig. 2.10. Performance characterist

Fig. 2.10. Performance characteristics of wind rotors
The efficiency with which a rotor can extract power from the wind depends on the
dynamic matching between the rotor and the wind stream. Hence, the performance
of a wind rotor is usually characterised by the variations in its power coefficient
with the tip speed ratio. As both these parameters are dimensionless, the CP O
curve will represent the rotor performance irrespective of the rotor size and site
parameters. Once such a relationship could be deduced for a typical rotor design,
it can further be translated to the velocity power curve of the rotor for practical
applications.
Typical CP O curves for different rotors are presented in Fig. 2.10. In general,
initially the power coefficient of the turbine increases with the tip speed ratio,
reaches a maximum at a typical O, and then decreases with further increase in the
tip speed ratio. These variations in C with P O
depend on several design features of the rotor. American multi-bladed rotors show the lowest power coefficient and work at low speed ratio with the wind. A typical value for its peak power coefficient may be 14 per cent at a tip speed ratio of 0.8. However they have high solidity and hence high starting torque which make them attractive for water pumping.
Two and three bladed propeller turbines and the Darrieus design work at higher tip
speed ratios and show better efficiency. Hence they are suitable for wind-electric
generators.
Savonius rotors, with its high solidity, work at lower tip speed ratio. Although,
theoretically it is shown that the peak efficiency of such rotors cannot cross the
limit of 20 per cent, Savonius reported a peak efficiency of 31 per cent under the
wind tunnel test and 37 per cent in the free air stream [11]. Efficiencies ranging
from 25 to 35 per cent are reported under various investigations on this rotor [6,8].
These values are quite impressive as these rotors are easier to fabricate and cost
effective.
What is the maximum theoretical efficiency that a designer can expect from his
wind turbine? Albert Betz, a German physicist, in 1962 had established a limit for
the maximum power coefficient for an ideal wind rotor. He applied the axial momentum theory in its simplest form for his analysis and established that the maximum theoretical power coefficient of a wind turbine, operated predominantly by
lift force, is 16/27 (59.3 per cent). This is known as the Betz limit (we will discuss
the axial momentum theory under aerodynamic analysis of wind turbines). On the
other hand, the maximum expected power coefficient of a drag machine is 8/27.
This is why lift machines are preferred over drag machines for wind energy con-
version. It should be noted that these are the theoretical values and some drag turbines like the Savonius rotors could show higher efficiencies under field evalua-
tion as mentioned earlier.
2.5 Aerodynamics of wind turbines
Aerodynamics deals with the motion of air or other gaseous fluids and the forces
acting on bodies moving through them. During the course of wind turbine development, several efforts were made to understand and interpret the aerodynamic
principles governing wind energy conversion and to apply them in the successful
system design. Earlier initiatives in this direction relied more on the aviation industry. Aerodynamic theories developed for airplanes and helicopters were
adopted for defining the performance of wind turbines. However, now, theories
are specifically formulated for wind turbines which are further refined and reinforced with the help of experimental techniques. Let us discuss some of these basic principles in the following sections.
2.5.1 Airfoil
For the efficient energy extraction, blades of modern wind turbine are made with
airfoil sections. Major features of such an airfoil are shown in Fig. 2.11. The airfoils used for the earlier day’s wind turbines were the aviation air foils under the
NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) series. NACA specifies
the features of the airfoil by numbers.
For example, in a four digit specification, the first number denotes the maximum camber of the airfoil at the chord line (in per cent of chord), the second
number gives the location of the point of maximum camber from the leading edge

Kết quả (Việt) 1:

Hình 2.10. Hiệu suất đặc tính của cánh quạt gióHiệu quả mà một cánh quạt có thể chiết xuất năng lượng từ gió phụ thuộc vào cácnăng động kết hợp giữa các cánh quạt và luồng gió. Do đó, hiệu suấtcủa một cơn gió cánh quạt thường được đặc trưng bởi các biến thể trong hệ số sức mạnh của nóvới tỷ lệ tốc độ Mẹo. Như các tham số này là Newton, CP Ođường cong sẽ đại diện cho hiệu suất cánh quạt không phân biệt kích thước cánh quạt và trang webtham số. Một khi một mối quan hệ có thể được rút ra cho một thiết kế thông thường rotor,nó có thể tiếp tục được dịch sang đường cong điện vận tốc của các cánh quạt cho thực tếứng dụng.Đường cong CP O điển hình cho cánh quạt khác nhau được trình bày trong hình 2.10. Nói chung,Ban đầu hệ số sức mạnh của tuabin tăng với tỷ lệ tốc độ Mẹo,đạt đến tối đa là tại một O điển hình, và sau đó giảm với sự gia tăng thêm trong cácMẹo tốc độ tỷ lệ. Các biến thể C với P Ophụ thuộc vào một số tính năng thiết kế của các cánh quạt. Người Mỹ đa-cánh quạt Hiển thị các hệ số thấp nhất của quyền lực và làm việc tại tốc độ thấp tỷ lệ với gió. Một giá trị đặc trưng cho hệ số điện cao điểm của nó có thể là 14 phần trăm tỷ lệ tốc độ Mẹo của 0.8. Tuy nhiên, họ đã cao vững chắc và mô-men xoắn bắt đầu do đó cao mà làm cho chúng hấp dẫn cho nước bơm.Hai và ba cánh quạt tua bin và các Darrieus thiết kế làm việc tại cao Mẹotỷ lệ tốc độ và hiển thị tốt hơn hiệu quả. Do đó họ rất thích hợp cho gió-điệnMáy phát điện.Savonius cánh quạt, với của nó vững chắc cao, làm việc tại Mẹo tốc độ tỷ lệ thấp hơn. Mặc dù,trên lý thuyết nó hiển thị hiệu quả cao điểm của cánh quạt như vậy không thể vượt qua cácgiới hạn của 20 phần trăm, Savonius báo cáo một hiệu quả cao điểm của 31 phần trăm dưới cácthử nghiệm hầm gió và 37 phần trăm trong dòng máy miễn phí [11]. Hiệu quả khác nhautừ 25 đến 35 phần trăm được báo cáo dưới các điều tra về cánh quạt này [6,8].Những giá trị này là khá ấn tượng như những cánh quạt dễ dàng hơn để đặt ra và chi phíhiệu quả.Tối đa hiệu quả lý thuyết mà một nhà thiết kế có thể mong đợi từ của mình là gìtua bin gió? Albert Betz, một nhà vật lý Đức, năm 1962 có thiết lập một giới hạn nhấtHệ số công suất tối đa cho một cánh quạt gió lý tưởng. Ông áp dụng lý thuyết trục Đà ở dạng đơn giản nhất trong phân tích của ông và thành lập hệ số công suất lý thuyết tối đa của một tuốc bin gió, hoạt động chủ yếu bởinâng quân, 16/27 (59.3 phần trăm). Điều này được gọi là giới hạn Betz (chúng tôi sẽ thảo luậntrục Đà lý thuyết dưới khí động học phân tích các tuabin gió). Trên cácmặt khác, tối đa dự kiến điện hệ số của một máy kéo là 8/27.Đây là lý do tại sao lift máy được ưa thích hơn kéo máy cho gió năng lượng con-Phiên bản. Nó cần lưu ý rằng đây là giá trị lý thuyết và một số kéo tua bin như cánh quạt Savonius có thể hiển thị các hiệu quả cao trong lĩnh vực evalua-tion như đã đề cập trước đó.2.5 khí động lực học của tua bin gióKhí động lực học đề với chuyển động của không khí hoặc chất lỏng khí khác và các lực lượnghoạt động trên cơ thể di chuyển qua chúng. Trong quá trình phát triển tua bin gió, một số nỗ lực đã được thực hiện để hiểu và giải thích các khí động họcnguyên tắc chi phối gió năng lượng chuyển đổi và áp dụng chúng trong các thành côngthiết kế hệ thống. Các sáng kiến trước đó theo hướng này dựa nhiều vào công nghiệp hàng không. Lý thuyết khí động học phát triển cho máy bay và máy bay trực thăngđược thông qua để xác định hiệu suất của tua bin gió. Tuy nhiên, bây giờ, lý thuyếtđược xây dựng đặc biệt cho tua bin gió được thêm tinh chế và tăng cường với sự giúp đỡ của thử nghiệm kỹ thuật. Hãy để chúng tôi thảo luận về một số trong những nguyên tắc cơ bản trong các phần sau.2.5.1 kiểu cánhĐể khai thác hiệu quả năng lượng, lưỡi của tua bin gió hiện đại được thực hiện vớikiểu cánh phần. Các tính năng chính của một kiểu cánh như vậy được hiển thị trong hình 2,11. Airfoils được sử dụng để tua bin gió trong ngày trước đó đã là giao máy lá theo cácLoạt NACA (Ủy ban tư vấn quốc gia cho hàng). NACA chỉ địnhCác tính năng của kiểu cánh theo số.Ví dụ, một đặc điểm kỹ thuật số bốn chữ số đầu tiên là bắt camber tối đa của kiểu cánh so với đường (ở phần trăm của dây cung), thứ haisố cung cấp cho vị trí của điểm tối đa hình cong từ cạnh hàng đầu

Kết quả (Việt) 2:

Hình. 2.10. Đặc điểm hoạt động của cánh quạt gió
Hiệu quả mà một rotor có thể trích xuất điện từ gió phụ thuộc vào
sự phối hợp động giữa các cánh quạt và luồng gió. Do đó, hiệu suất
của một cánh quạt gió thường được đặc trưng bởi các biến thể trong hệ số công suất của nó
với tỷ lệ tốc độ tip. Khi cả hai thông số đó là những thứ nguyên, các CP O
đường cong sẽ đại diện cho bất kể hiệu suất của rotor kích thước cánh quạt và trang web
thông số. Khi mối quan hệ như vậy có thể được suy ra cho một thiết kế rotor điển hình,
nó có thể tiếp tục được dịch sang các đường cong điện vận tốc của rotor cho thực tế
ứng dụng.
O đường cong CP tiêu biểu cho cánh quạt khác nhau được trình bày trong hình. 2.10. Nói chung,
ban đầu hệ số công suất của tuabin tăng với tỷ lệ tốc độ tip,
đạt tối đa tại một O điển hình, và sau đó giảm dần theo sự gia tăng hơn nữa trong những
tỷ lệ tốc độ tip. Những biến trong C với PO
phụ thuộc vào một số tính năng thiết kế của rotor. Rôto đa cánh Mỹ cho thấy hệ số công suất thấp nhất và làm việc với tỷ lệ tốc độ thấp với gió. Một giá trị tiêu biểu cho hệ số công suất đỉnh của nó có thể được 14 phần trăm ở một tỷ lệ tốc độ đầu 0.8. Tuy nhiên họ có độ bền cao và mô-men xoắn khởi đầu do đó cao mà làm cho họ hấp dẫn để bơm nước.
Hai và ba tuabin cánh quạt cánh và các công việc thiết kế Darrieus tại tip cao hơn
tỷ lệ tốc độ và cho thấy hiệu quả tốt hơn. Do đó họ rất thích hợp cho gió điện
máy phát điện.
Savonius cánh quạt, có độ bền cao, làm việc ở tốc độ tỷ lệ đầu thấp hơn. Mặc dù,
về mặt lý thuyết nó được thể hiện rằng hiệu suất cao nhất của cánh quạt như không thể vượt qua
giới hạn của 20 phần trăm, Savonius báo cáo một hiệu suất cao nhất của 31 phần trăm theo
thử nghiệm trong hầm gió và 37 phần trăm trong dòng không khí tự do [11]. Hiệu quả khác nhau,
25-35 phần trăm được báo cáo theo điều tra khác nhau trên rotor này [6,8].
Những giá trị này là khá ấn tượng như những cánh quạt là dễ chế tạo và chi phí
hiệu quả.
hiệu quả lý thuyết tối đa mà một nhà thiết kế có thể mong đợi từ là gì mình
tuabin gió? Albert Betz, một nhà vật lý người Đức, vào năm 1962 đã thành lập một giới hạn cho
hệ số công suất tối đa đối với một cánh quạt gió lý tưởng. Ông đã áp dụng các lý thuyết động lực hướng trục dạng đơn giản nhất để phân tích và xác định được rằng hệ số công suất tối đa lý thuyết của một tuabin gió, hoạt động chủ yếu bằng
lực nâng, là 16/27 (59,3 phần trăm). Điều này được biết đến như là giới hạn Betz (chúng tôi sẽ thảo luận về
các lý thuyết động lực dọc trục theo phân tích khí động học của tua bin gió). Trên
Mặt khác, tối đa dự kiến hệ số công suất của một máy kéo là 8/27.
Đây là lý do tại sao máy nâng được ưa thích hơn kéo máy năng lượng gió con-
phiên bản. Cần lưu ý rằng đây là những giá trị lý thuyết và một số tua bin kéo như các cánh quạt Savonius có thể chỉ cho hiệu quả cao hơn trong lĩnh vực ước lượng
tion như đã đề cập trước đó.
2.5 Khí động học của tuabin gió
Khí động học đề với chuyển động của không khí hoặc chất lỏng khí khác và các lực lượng
tác động lên cơ thể di chuyển qua chúng. Trong quá trình phát triển tuabin gió, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để hiểu và giải thích các khí động học
nguyên tắc điều chỉnh chuyển đổi năng lượng gió và áp dụng chúng trong thành công
thiết kế hệ thống. Sáng kiến trước đó theo hướng này dựa nhiều vào các ngành công nghiệp hàng không. Lý thuyết khí động học được phát triển cho máy bay và máy bay trực thăng đã
được áp dụng để xác định hiệu suất của tuabin gió. Tuy nhiên, hiện nay, các lý thuyết
được đặc chế dành cho tuabin gió mà rất tinh tế và củng cố với sự giúp đỡ của các kỹ thuật thử nghiệm thêm. Hãy để chúng tôi thảo luận về một số trong những nguyên tắc cơ bản trong các phần sau.
2.5.1 cánh máy
Đối với việc khai thác năng lượng hiệu quả, lưỡi của tuabin gió hiện đại được thực hiện với
phần cánh. Các tính năng chính của như một cánh được thể hiện trong hình. 2.11. Các airfoils dùng cho tua bin gió các ngày trước đó và của ông là lá không khí hàng không thuộc
loạt NACA (Ủy ban Tư vấn Quốc gia Hàng không). NACA quy định cụ thể
các tính năng của cánh máy bay bằng những con số.
Ví dụ, trong một đặc điểm kỹ thuật có bốn chữ số, số đầu tiên biểu thị các hình cong tối đa của cánh máy bay tại dòng âm (trong phần trăm của hợp âm), thứ hai
số lượng cung cấp cho các vị trí của các điểm của cong tối đa từ mép