Küçük bir eğitim rüzgar türbini için bıçaklar nasıl doğru şekilde boyutlandırılır?

Küçük bir ultra parlak 5V LED'e güç verebilecek nispeten düşük rüzgar koşullarında (5-15km / s) sınıftan kolayca spor alanına taşınabilen küçük bir rüzgar türbini tasarlamak istiyorum - bunu göstermek için yeterli işe yarıyor.

Bu rüzgar koşullarında farklı bıçak çaplarından alabileceğim gücü ve LED'i yakacak kadar küçük bir DC motor / jeneratör sürmek için gereken gücü nasıl hesaplayabilirim?

— jhabbott
kaynak

Güç ~~~ = Z x 600 x A x Cd x (V / 10) ^ 3. watt | Cd = sürükleme katsayısı - başlatmak için 1'e ayarlayın. 0 <Z <0.6 (Betz limiti) verimliliktir. İyi DIY = 0.2. Muhtemelen ~ = 0.1 daha düşük çok kolay :-). V, m / s A = m ^ 2 olarak süpürülen alan. | 2 m / s'de başlarken genellikle "stiction" ile ilgili sorunlarınız olur. Ayrıca birçok alternatörden dişli. Düşük rüzgarda dönecek hafif bıçaklı büyük bir disk yapmak kolaydır.

— Russell McMahon

Yanıtlar:

Olduğu gibi, kısa bir süre önce farklı bir site için bu hesaplamadan geçtim.

Hızlı bir web aramasından aşağıdaki gerçekler göz önüne alındığında, sayıları bulmak zor değildir.

(Büyük) bir yel değirmeninin maksimum verimliliği yaklaşık% 40'tır.
Havanın yoğunluğu 1.225 kg / m ³
Bir LED'i yakmak için yaklaşık 50 mW (5V'de 10 mA) gerekir

İlk olarak, ihtiyaç duyduğumuz elektriği oluşturmak için yel değirmeni içinden akan yaklaşık 50 mW / 0.40 = 125 mW hava gücüne ihtiyacımız olacak (küçük bir yel değirmeninin gerçek verimliliği ve jeneratörün verimliliği gibi diğer faktörleri göz ardı ederek).

Yel değirmeni içinden akan havanın gücü 0.5mv ^2'dir , burada m, bıçakların çapı ile tanımlanan "disk" içinden akan havanın kütle oranıdır. Örneğin, 0.03 M arasında bir disk olduğunu varsayalım ² (çapı 20 cm) hale getirildi. Havanın kütle oranı, diskin hava hızı ile çarpılan ve havanın yoğunluğu ile çarpılan alanıdır:

Mass rate = 0.03 m^{2} \cdot v \cdot 1.225 {kg/m}^{3} = v \cdot 0.03675 kg/m

$\text{Mass rate} = 0.03 \text {m}^2 \cdot v \cdot 1.225 \text{ kg/m}^3 = v \cdot 0.03675 \text{ kg/m}$

Bu havanın gücü bu nedenle:

P = 0.5 \cdot Mass rate \cdot v^{2}

$P = 0.5 \cdot \text{Mass rate} \cdot v^2$

$v$

v = \sqrt[3]{\frac{0.125 W}{0.5 \cdot 0.03675 kg/m}} = 1.9 m/s

$v = \sqrt[3]{\frac{0.125 \text{ W}}{0.5 \cdot 0.03675 \text{ kg/m}}} = 1.9 \text{ m/s}$

... ya da saatte yaklaşık 7 km.

Daha önce göz ardı ettiğimiz verimlilikleri ve jeneratör devirlerini kullanılabilir bir seviyeye çıkarmak için gerekli olabilecek bir dişli trenindeki kayıpları dikkate alarak, muhtemelen yaklaşık 4 × alan veya yaklaşık 2 × çap (40 × 40) çekim yapardım. -50 cm), makul sonuçlar elde etmek için.

— Dave Tweed
kaynak

Harika bir cevap, ve merak ediyorum. 3 veya 4 bıçak var mı? Posterin bir futbol sahasında yapmayı planladığı bir türbin için ne tür malzemeler kullanılmalıdır?

— KTM

@KTM: Hiçbir şey varsaymaz. Bu tür ayrıntılar, çevrimiçi bulduğum rüzgar türbini verimlilik numarasında gizlidir.

— Dave Tweed

Woops, OP'deki son cümleyi kaçırdım gibi görünüyor (ve neden yaptığınız kapsam çizgisini çizdiğinizi görebiliyorsunuz).

— KTM

Bu mükemmel, bir deney oluştursaydım ve işe yaramazsa, çok küçük olup olmadığını ya da başka bir şeyin yanlış olup olmadığını bilmeyeceğimden endişeliydim. Şimdi başlamak için yeterli bilgim var.

— jhabbott

Ne aldığınızı görmek için balsa ağacından birkaç tane kesmeye çalışın. Deney, muhtemelen bu kadar küçük bir ölçekte en iyi yöntemdir ve matematik, materyaller hakkında geniş bir bilgi sahibi olmadan sizi çok ileri götürmez (yani, malzeme ne kadar ucuzsa, bıçağın büyük olanlar gibi görünme olasılığı o kadar az olur).

Üniversitemde KidWind'den materyaller kullanarak yaz etkinlikleri yaptım ve aslında kendi filminizi oluşturmak ve denemek çok eğlenceli. Her zaman çocukların daha sonra bıçak tasarlayıp takacakları bir rüzgar tüneli ve türbin standları / rotor kurmuştuk. Tonlarca eğlence ve ne tür şekillerin gerçekten işe yaradığına şaşıracaksınız. Etkinliğin tamamlanması bir saatten az sürdü.

http://challenge.kidwind.org/events/building-a-turbine

http://learn.kidwind.org/learn/science_fair_projects

Tünel fotoğrafı olan bir sayfa (bizimkini bundan yola çıkardık): http://challenge.kidwind.org/?/national/tunnel

— KTM
kaynak