МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ АЕРОДИНАМІКИ РОТОРІВ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЬОВИХ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК НА ОСНОВІ НЕСТАЦІОНАРНИХ РІВНЯНЬ НАВ’Є-СТОКСА

Анотація

На базі нестаціонарних осереднених за Рейнольдсом рівнянь Нав’є-Стокса нестисливої рідини та рівняння обертання твердого тіла відносно нерухомої осі побудовано математичну модель для дослідження взаємовпливу процесів аеродинаміки та динаміки роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок. Розроблено програмно-методичне забезпечення для чисельного моделювання й визначення основних параметрів нестаціонарного обтікання роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок. Досліджено нестаціонарне обтікання роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок на основі рівнянь Нав’є-Стокса. Проаналізовано поле течії навколо ротора Дар’є. Виокремлено стадії зародження, розвитку та зриву вихорів за різних положень лопаті на траєкторії. Показано, що в’язкі та динамічні ефекти відіграють важливу роль при роботі ротора Дар’є, максимальний крутильний момент створюється на навітряній ділянці траєкторії лопаті. Установлено вплив числа Рейнольдса, коефіцієнтів швидкохідності та заповнення на енергетичні характеристики ротора Дар’є. Показано, що зростання числа Рейнольдса приводить до збільшення значень коефіцієнта потужності. При зменшенні коефіцієнта заповнення ротора Дар’є коефіцієнт потужності стає менш чутливим до зміни коефіцієнта швидкохідності. Збільшення коефіцієнта швидкохідності призводить до придушення процесу формування динамічного зриву потоку з лопатей ротора Дар’є. Розв’язано зв’язану задачу динаміки та аеродинаміки трилопатевого ротора Савоніуса. Виокремлено основні стадії формування вихрової структури при обертанні дво- та трилопатевого ротора. У дослідженому діапазоні визначальних параметрів у дволопатевого ротора Савоніуса значення енергетичних характеристик вище, ніж у трилопатевого. Отримані результати задовільно погоджуються з відомими експериментальними даними.