Dlaczego mój model turbiny wiatrowej wykazuje wysoką prędkość obrotową przy niskiej mocy wyjściowej?

Projektuję turbinę wiatrową o mocy 1300 W.

Modelowałem napięcie wyjściowe generatora prądu przemiennego na podstawie następujących szczegółów:

Liczba zwojów cewki = 300.
Grubość drutu miedzianego = 1,02 mm.
Znając gęstość miedzi, obliczyłem ciężar cewki na 4,39 kg.
Natężenie pola magnetycznego = 1,24 T. ( oto specyfikacja magnesu )
Powierzchnia = 1 m ² .
Prędkość obrotowa = 45 obr./min.

Podłączyłem te liczby do równania napięcia wyjściowego:

ϵ = N B A ω \sin (ω t)

$\epsilon = NBA\omega\sin(\omega t)$

aby uzyskać wartość 1753 V. Zakładam, że mój generator wygeneruje co najmniej 0,74 A, aby uzyskać moc 1300 W.

Następnie zamodelowałem swoją turbinę. Użyłem równania:

P_{T} = \frac{1}{2} ρ A v^{3} C_{p}

$P_T = \frac{1}{2}\rho A v^3 C_p$

obliczyć moc wirnika. Założyłam:

Moja turbina byłaby wydajna w 30%.
Prędkość wiatru wynosiłaby 10 m / s.
Powierzchnia zamiatana przez łopaty wynosiłaby 2,63 m ² .
Gęstość powietrza wynosiłaby 1,25.

Po podłączeniu tych wartości uzyskuję wydajność 493 W. Jednak stwierdzam, że prędkość wirnika jest znacznie powyżej 45 obr / min. To równanie daje stosunek prędkości szczytowej turbiny:

λ = \frac{w r}{v}

$\lambda = \frac{wr}{v}$

Wiedząc, że optymalny stosunek prędkości dyszy turbiny trzyłopatkowej wynosi 4,2, promień łopaty wirnika wynosi 0,915 m, a prędkość powietrza wynosi 10 m / s, a prędkość kątowa wynosiłaby 45,9 rad / s lub 440 obr./min.

Jak mogę uzyskać 1300 W z tej turbiny, kiedy teoretyczna wydajność z mocy wirnika wynosi tylko 493 W, mimo że mój wirnik powinien obracać się z prawidłową prędkością obrotową, aby generator mógł wytwarzać 1300 W?

mechanical-engineering turbines wind-power

— użytkownik510
źródło

Converting this to rpm would yield 440 rpm To dość szybko jak na turbinę wiatrową. Prawdopodobnie rozpadnie się na kawałki.

— grfrazee

@EnergyNumbers co robię źle?

— user510

energia kinetyczna wiatru daje uzysk mocy w wysokości 1633,89W (bez pomnożenia Cp). Zakładam jednak, że moja turbina będzie sprawna w 30%; dlatego otrzymuję moc wirnika 493 W. Moja turbina ma bardzo mały obszar zamiatany, więc czy moje założenie, że moja wydajność turbiny wynosi 30%, jest fałszywe? Wiem, że współczynnik mocy jest związany ze współczynnikiem prędkości szczytowej i nachyleniem, ale czy mały obszar będzie miał również wpływ?

— user510

@ user510 Jakie jest źródło energii dla turbiny wiatrowej i jak ją wychwytujesz? Jeśli obliczona moc wirnika jest zbyt niska, jakie wartości projektowe masz największą zdolność do kontrolowania i jak zmieniasz te wartości, aby przechwycić więcej energii wiatru?

— Air

Wygląda na to, że pracujesz wstecz, musisz najpierw zaprojektować turbinę, która wygeneruje potrzebną moc, a następnie zaprojektuj generator dostosowany do tego zapotrzebowania. Wymiary generatora dają maksymalną moc, nie gwarantują, że wygeneruje on taką ilość mocy. Możesz także przyjrzeć się specyfikacjom istniejących generatorów w celu sprawdzenia rzeczywistości.

— Chris Johns

Nie sądzę, żebyś naprawdę zaprojektował turbinę wiatrową o mocy 1300 W. Państwo założyć swoją generator będzie w stanie produkować niezbędną prąd ale aby móc produkować 1300 W trzeba zbudować turbinę wiatrową na tyle duży, biorąc pod uwagę jego skuteczność.

$C_p=0.3$ $v=10\ \mathrm{m/s}$

A = \frac{2 P_{T}}{C_{p} v^{3} ρ} = 7.07 m^{2}

$A=\frac{2P_T}{C_pv^3\rho}=7.07\ \mathrm{m^2}$

\Rightarrow R = 1.5 m

$\Rightarrow R=1.5\ \mathrm{m}$

$\lambda=4.2$

Zobacz także „Duetette, Numeryczne implikacje solidności i liczby łopat na działanie wirników turbin wiatrowych o poziomej osi , 2003” na temat wpływu liczby łopat na współczynnik mocy.

— snickers
źródło

więc maksymalna moc wyjściowa generatora powinna odpowiadać maksymalnej mocy wyjściowej wirnika?

— user510

v = 10 m / s

$v=10m/s$