Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Bladelement Metoden Algoritme for design av turbinblad.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Bladelement Metoden Algoritme for design av turbinblad."— Utskrift av presentasjonen:

1 Bladelement Metoden Algoritme for design av turbinblad

2 Mål for dagen Aktuatordisk teori –Energiuttak av vindstrøm –Betz’ grense Vingeteori Forenklet Blad element metode Fokusere på fysikken bak ligningene

3 Actuator disk Ser på turbinen som en skive som tar opp energi Antall blader Bredde Effektuttaket lik over hele skiven Aktuator disk er en 1D modell

4 Bernoulli langs strømlinjene rundt aktuator skiven: Turbin Strømlinjer (1)(d)(∞)(∞)

5 Definerer en induksjonsfaktor: aV ∞ er oppbremsingen av luftstrømmen som kommer av at vi har tatt ut energi. (1)(d)(∞)(∞) Kontrollvolumanalyse i hastighetsretning gir:

6 ΣFxΣFx Utregning gir: Dette betyr at oppbremsingen over turbinen er symmetrisk om turbinen. Det er like mye oppbremsing før turbinen som etter. Dette fordi luften er innkompressible og det må være kontinuitet.

7 Effekt Tilgjengelig effekt

8 Betz grense Dette kalles Betz’ grense for virkningsgrad på en vindturbin. Pga. påvirkning fra strømmen rundt strømlinjene kan ikke virkningsgraden bli høyere enn 59.3%

9 Thrustkraft,T Thrustkoeffisient ved maksimal effekt, a=1/3:

10 Så langt… En ideell turbin kan aldri få en større virkningsgrad enn 59,3% Vi har sett at virkningsgraden er avhengig av oppbremsingen av vinden.

11 Blad element metoden (BEM) Turbinen har et gitt antall blader Bladene har gitt geometri Bladelementene –har en bestemt løfte- og dragkoeffisient –har en bestemt lengde –er vridd i forhold hverandre BEM er en 2D metode

12 Cord, L C Middle line  Angle of attack Velocity Løfte og dragkoeffisient Vingeprofil

13 Lift FLFLFLFL Drag FDFDFDFD V∞V∞ Hastighetsfordeling: Trykkfordeling:

14 Trykkfordeling rundt vingeprofil HH Pressure along the upper surface Pressure along the lower surface

15 LiftLift FLFLFLFL

16 Løftekoefisient: C L FLFLFLFL

17 DragDrag FDFDFDFD

18 Drag coefficient C D FDFDFDFD

19 Design metode 1 Gjetter virkningsgrad

20 Design parameters Ønsket effekt, P:300 W Design hastighet, V ∞ :8 m/s Tip Speed Ratio, TSR:5 Anntatt virkningsgrad,  :30 % Antall blader, z:2 Vingeprofil:NACA Angrepsvinkel,  8 o Løftekoeffisient, C L :0,8 Dragkoeffisient, C D :0,01

21 Vi skal bestemme: Geometrien –Kårdelengden –Vridningsvinkelen Kreftene som virker på bladet –Dreiemomentet –Trustkraften

22 Sveip radius D Hvor: A=Areal[m 2 ] V ∞ =Vindhastighet[m/s]  =Virkningsgrad[ - ] P=Effekt[W] ρ=Tetthet[kg/m3] R=Radius[m]

23 Omdreiningshastighet  Hvor: n=Turtall[rpm]  =Omdreiningshastighet[rad/s]

24 Ser sveiparealet av hvert element r rr AA

25 Beregner kraften på hvert element r rr AA FTFT

26 Finner kreftene fra løft og drag Bruker vingeteori finner kraft fra løfte- og dragkoeffisienten Kårdelengde, L C

27  FLFL FDFD w Hvor: W = relativ hastighet [m/s] C D = dragkoeffisient[-] C L = løftekoeffisient A = L C B[m 2 ] B = bredde[m] Fra vingeteori har vi at:

28 Relativ hastighet, W  U(r) U = U(r) V ∞ =konst W = W(r) Pga. rotasjonen vil relativ hastighet variere over bladet r

29   V∞V∞ u =  · r W FLFL FDFD For å kompensere for at W varierer vris bladet med θ : θ = vridningsvinkel (twistangle) Dersom θ = konst vil: α = α(r)  C L = C L (r) Dersom α = konst: θ = θ(r) Flowangle φ = θ + α = φ(r)

30   V u =  ·r w   w V u 

31   V w   FLFL FDFD w V u 

32   V w   FLFL FDFD w V u  F L(Torque) F D(Torque) φ

33 w V u    V u =  ·r w   F L(Torque) F D(Torque) FTFT

34 Har nå to uttrykk for dF: Utledet fra jevnt fordelt effekt på arealet: Utledet fra løfte og dragkraft:

35 Uttrykker L = f(φ) v c u  LcLc

36 Beregner thrustkraften Utledning av thrustkraften gjøres på samme måte som for løftekraften:   V u =  ·r w   FLFL FDFD T

37 Kan nå designe et turbinblad 1.Beregn R vha gjettet virkningsgrad 2.Beregn ω vha R, V∞ og TSR 3.For hvert element, beregn: 1.φ vha trigonometrisk sammenheng 2.θ = φ – α 3.dF og dT 4.L c 4.Summer kreftene over alle elementene Basert på en antatt virkningsgrad har vi beregnet: Kreftene: T og F T Geometrien: L c og θ

38 Beregninger

39 BEM til å beregne virkningsgrad Må beregne tap som følge av: –Oppbremsing av vinden (a) –Rotasjon nedstrøms (a’) –Prandt’ls Tip-loss –Glaubert korreksjonsfaktor Bygger på samme ligninger

40 Induksjonsfaktorene Har definert aksiel induksjonsfaktor, a: Definerer radiell induksjonsfaktor a’ tilsvarende: –Rotasjonshastigheten som induseres av turbinen:

41 Korrigerer ligningene med disse Korrigerer strømningsvinklen for rotasjon i waken : Korrigerer


Laste ned ppt "Bladelement Metoden Algoritme for design av turbinblad."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google