Революционна нова теория ще направи вятърните паркове още по-ефективни

Лопатките на витлата и вятърните турбини се проектират въз основа на аеродинамични принципи, описани математически преди повече от век. Инженерите обаче отдавна са осъзнали, че тези формули невинаги са приложими, и са въвели корекционни коефициенти, основани на емпирични наблюдения. Специалисти от САЩ предложиха нов, по-точен физически модел на въздушния поток около ротора, който отчита и най-екстремалните условия.

Теорията на флуидния импулс е разработена в края на XIX век и дава възможност на инженерите да изчислят максималното количество енергия, което роторът с дадена конструкция и конфигурация е в състояние да произведе, или колко енергия трябва да се генерира, за да произведе необходимото количество движеща сила.

Тази теория обаче почти веднага на практика се разпадна, тъй като не можеше да предвиди не само размера, но и посоката на изменение на осовата сила при високи скорости на въртене или при други ъгли на лопатките. Поради това при проектирането на ротори инженерите трябваше да въвеждат корекционни коефициенти в математическите формули въз основа на различни експерименти и личен опит.

Екип от учени от Масачузетския технологичен институт анализира взаимодействието между въздушния поток и турбините с помощта на подробен компютърен модел на аеродинамиката, съобщава изданието MIT News. Откривайки разминаванията с първоначалната теория, те са направили корекции, като са приложили фундаментални уравнения, които са създадени за прогнозиране на силата на тягата на триизмерните крила. След това коригираната теория е тествана върху модел за динамика на флуидите и във въздушен тунел.

Изследователите разработиха своя нов модел, който наричат унифициран модел на импулса, въз основа на теоретичен анализ, след което го потвърдиха с помощта на изчислителната динамика на флуидите, което е нещо ново.

Новата теория може да се използва за определяне на силите, скоростта на струята и мощността на ротора, както когато той получава енергия от въздушния поток, както е в случая на вятърната турбина, така и когато отдава енергията на потока, както е в случая на витлото на самолет или кораб. За операторите на вятърни паркове моделът предлага по-прост и бърз начин за оптимизиране на многото параметри, които трябва да вземат предвид, за да може вятърната турбина да работи по най-добрия начин.

Освен това формулата обръща предишното ограничение на стойностите, което означава, че според нея вятърните турбини могат да произвеждат малко повече вятърна енергия, отколкото се смяташе досега.

„Сега, когато разполагаме с новата теория, границата на Бец, която беше правило в продължение на стотици години, се промени“, казва Майкъл Хауланд, един от изследователите. – И вече може да се приложи на практика.“