1. Determination of the aerodynamic characteristics of a wind power plant with a vertical axis of rotation
- Author
-
Nazgul Tanasheva, Akmaral Tleubergenova, Ainura Dyusembaeva, Amangeldy Satybaldin, Elmira Mussenova, Asem Bakhtybekova, Nurgul Shuyushbayeva, Sholpan Kyzdarbekova, Saniya Suleimenova, and Ardak Tussypbayeva
- Subjects
Applied Mathematics ,Mechanical Engineering ,Energy Engineering and Power Technology ,аеродинаміка ,drag force ,Industrial and Manufacturing Engineering ,Computer Science Applications ,combined blade ,flow velocity ,сила тяги ,сила лобового опору ,Control and Systems Engineering ,flow ,Management of Technology and Innovation ,thrust force ,Environmental Chemistry ,Electrical and Electronic Engineering ,потік ,швидкість потоку ,aerodynamics ,комбінована лопать ,Food Science - Abstract
Wind energy is a commercially proven and rapidly developing type of electricity generation. Wind power plants with a vertical axis are more attractive and better suited for use in cities and urban environments where wind flow is less predictable compared to widespread wind power plants with a horizontal axis of rotation. This makes them a much better choice for both ground installation and/or for mounting on buildings and roofs that would otherwise limit the installation of higher horizontal turbine structures. The paper describes an experimental study of the drag force and its coefficient for wind turbines with a vertical axis of rotation. The object of the study is a laboratory model of a wind turbine with blades made in the form of rotating cylinders with a fixed blade. Experimental studies were carried out in the T-1-M wind tunnel, measurements of aerodynamic force were carried out using three-component scales. A distinctive feature of the work is the combined use of the lifting force of the cylinders, as well as the lifting force of the fixed plate. Due to this solution, when comparing with existing wind turbines with a vertical axis of rotation, it was found that the wind turbine in question prevails by 25‒100 % in the number of revolutions. The dependences of the drag force on the flow velocity and the drag coefficient on the Reynolds number from 1·104 to 4·104 are obtained. An uncertainty analysis was also carried out in order to determine the uncertainty by type A, B and the total uncertainty, from which it was found that the measurement error was 1.13 %. The field of the practical application of the results obtained in laboratory studies will be useful in the development of prototypes of wind turbines with a vertical axis of rotation, Вітроенергетика є комерційно перевіреним видом виробництва електроенергії, що швидко розвивається. Вітрові електростанції з вертикальною віссю є більш привабливими і краще підходять для використання в містах та міському середовищі з менш передбачуваним потоком вітру в порівнянні з поширеними вітроелектростанціями з горизонтальною віссю обертання. Це робить їх набагато кращим варіантом як для наземної установки, так і/або для установки на будівлях і дахах, що в іншому випадку обмежувало б установку більш високих горизонтальних турбінних конструкцій. У роботі описано експериментальне дослідження сили лобового опору та її коефіцієнта для вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання. Об’єктом дослідження є лабораторна модель вітрогенератора з лопатями, виконаними у вигляді обертових циліндрів з нерухомою лопаттю. Експериментальні дослідження проводилися в аеродинамічній трубі Т-1-М, вимірювання аеродинамічної сили виконані з використанням трикомпонентних ваг. Відмінною рисою роботи є комбіноване використання підйомної сили циліндрів, а також підйомної сили нерухомої плити. Завдяки такому рішенню при порівнянні з існуючими вітрогенераторами з вертикальною віссю обертання встановлено, що розглянутий вітрогенератор переважає на 25‒100 % за кількістю обертів. Отримано залежності сили лобового опору від швидкості потоку та коефіцієнта лобового опору від числа Рейнольдса від 1·104 до 4·104. Також проведено аналіз невизначеності для визначення невизначеності за типом A, B та загальної невизначеності, з якого встановлено, що похибка вимірювання становить 1,13 %. Область практичного застосування результатів лабораторних досліджень буде корисна при розробці дослідних зразків вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання
- Published
- 2023