Аналіз енергетичних характеристик двороторної вітроустановки з контр-обертанням

Abstract

Робота присвячена підвищенню ефективності перетворення енергії вітру шляхом застосування двороторної вітроенергетичної установки (ВЕУ) з контр-обертанням лопатей. Проведено комп’ютерне моделювання однороторної та двороторної конфігурацій у середовищі CAE системи на основі твердотільної 3D-геометрії, підготовленої у SolidWorks та експортованої у форматі parasolid. Досліджено розподіли швидкостей і характер течії за роторами, визначено аеродинамічні сили та моменти, розраховано коефіцієнт використання енергії вітру (КІЕВ) для діапазону швидкостей 3–7 м/с. Показано, що за однакових діаметрів обох коліс внесок другого ротора у КІЕВ становить ≈13,1 в.п. (при 3 м/с), що підтверджує перевагу контр-обертання у низькошвидкісному вітровому режимі. Теоретичні оцінки за підходами ідеального та реального вітряка (Г.Х. Сабінін) узгоджуються з отриманими CFD-результатами (внесок 4,8 та 12,4 в.п. відповідно).

-

The work is devoted to improving the efficiency of wind energy conversion by using a two-rotor wind turbine (WT) with counter-rotating blades. Computer modeling of single-rotor and twin-rotor configurations was performed in a CAE system environment based on solid 3D geometry prepared in SolidWorks and exported in parasolid format. The velocity distributions and flow characteristics behind the rotors were investigated, aerodynamic forces and moments were determined, and the wind energy utilization coefficient (WEUC) was calculated for a velocity range of 3–7 m/s. It was shown that for the same diameters of both wheels, the contribution of the second rotor to the WEER is ≈13.1 v.p. (at 3 m/s), which confirms the advantage of counter-rotation in low-speed wind conditions. Theoretical estimates based on the ideal and real wind turbine approaches (G.H. Sabinin) are consistent with the CFD results obtained (contributions of 4.8 and 12.4 v.p., respectively).