Развитие и применение оптико-лазерных методик для повышения эффективности ветрогенераторов

• Автор: Кабардин, Иван Константинович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Обзор работ предшественников
1.1. Аэродинамика ротора и структура вихревого следа
1.2. Экспериментальная диагностика закрученных течений
1.2.1 Контактные методы
1.2.2 Оптико-лазерные методы диагностики
1.3. Обледенение и методы его диагностики
1.3.1.Прямые методы диагностики обледенения
1.3.2. Косвенные методы определения обледенения
Выводы по главе
Глава 2. Применение оптико-лазерных методик для исследования вихревого следа за моделью ротора ветрогенератора
2.1. Описание водяного канала и используемого оборудования
2.2. Модель ротора ветрогенератора
2.3. Описание использованных методик измерения
2.3.1. Визуализация
2.3.2. Метод цифровой трассерной визуализации
2.4. Результаты визуализации течения
2.5. Реконструкция 3-х компонентного поля скорости и оценка погрешностей измерений
2.6. Определение областей ближнего и дальнего следа и сравнение с классическими теориями ротора
2.7. Измерения силовых характеристик
2.8. Расчет поля завихренности, определение положения вихрей
Выводы по главе

Глава 3. Анализ пульсационпых характеристик в следе за ротором
3.1. Число Струхаля как безразмерный критерий динамического подобия потоков
3.1.1. Описание использованного оборудования
3.2. Исследование вихревого следа
Выводы по главе
Глава 4. Развитие оптико-лазерных методов диагностики наледи
4.1. Развитие абсорбционного метода диагностики наледи
4.2.Развитие оптико-лазерного метода диагностики наледи на основе эффекта полного внутреннего отражения
4.2.1 Описание метода
4.2.2.Алгоритм обработки изображений
2.2.3. Калибровки и экспериментальные результаты
4.2.4. Ограничения метода
4.2.5.Альтернативный алгоритм обработки изображений
4.2.6. Систематическая погрешность при обработке изображений
4.2.7. Применение метода для диагностики наледи на лопастях
Выводы по главе
Выводы по работе
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. В последнее время наблюдается интенсивный рост ветроэнергетики. Ее статус изменился от одиночных альтернативных источников энергии до индустриального использования в сетевых электростанциях. Сегодня она стала важнейшей составляющей мирового энергетического потенциала, с интенсивным ее использованием в отдельных странах. Например, на конец 2013 года в Дании с помощью ветрогенераторов было произведено 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 17 %, в Испании — 22 % и в Германии - 9 %. Это ставит ветроэнергетику в ряд самых приоритетных направлений развития мирового производственно-энергетического комплекса. За последние 15 лет суммарные установленные мощности возросли от 7,4 до 283 ГВт. В связи с этим интерес к задачам ветроэнергетики у исследователей значительно возрос.
Данная работа направлена на повышение эффективности ветрогенераторов, которые для увеличения эффективности часто объединяют в ветроэлектростанции - в большие парки или группы, расположенных друг за другом ветряков. Такая конфигурация требует оптимизации рабочих режимов для ветрогенераторов, расположенных в вихревом следе за предыдущим, с целью повышения их эффективного использования в ветроэлектростанциях и интегрирования в энергетическую систему. Отклонение от расчетного оптимального режима работы турбин обычно сопряжено с их эксплуатацией при высоком уровне нестационарных пульсаций течения из-за взаимодействия с его вихревыми структурами следа за ротором в областях с пониженной скоростью ветра. Данные вихревые следы является источником повышенных нестационарных пульсаций на лопатках следующей турбины, что увеличивает их вибрационную нагрузку и, следовательно, уменьшает срок эксплуатации ротора турбин. Поэтому особый интерес представляет задача исследования механизма формирования,

рассеянной волны, которую будет воспринимать неподвижный приемник, выражается формулой
где у/ - угол между направлением рассеяния волны и направлением движения источника. В этом случае частота рассеянных движущейся частицей волн равна частоте воспринимаемых ею колебаний.
В предположении, что v/c « 1, получается соотношение, которое лежит в основе доплеровского метода измерения скорости:
Основными преимуществами данного метода являются бесконтактность, высокая локальность (геометрически малая зона измерения и вследствие этого высокое пространственное разрешение) позволяющая идентифицировать мелкомасштабные структуры потока, а также высокая частотная характеристика по сравнению с другими оптическими методами измерений. К недостаткам метода можно отнести то, что измерения являются квазиточечными и разнесены во времени нерегулярными промежутками в виду прямой связанности измерений с наличием частиц в измерительном объеме. Метод Phase Doppler Anemometry (PDA) является расширением LDA, их принципы работы очень схожи. Различие состоит лишь в том, что в случае метода PDA используются дополнительные приемники когерентного света, разнесенные по угловому спектру для оценки размеров частиц, имеющих сферическую форму. Использование источников когерентного света с различными длинами волн, частотного либо временного разделения измерительных каналов делает возможными измерения трех компонент вектора скорости потока.

(1.2)
(1.3)