Determination of horizontal axis wind turbine performance by use of simplified vortex theory

• Autorzy: Strzelczyk P.

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie charakterystyk silnika wiatrowego o poziomej osi obrotu przy użyciu uproszczonej teorii wirowej

• Konferencja: Sympozjum "Aerodynamika Lotnicza" (6 ; 7-8.06.1999 ; Warszawa, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an application of non-iterative lifting line theory of Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) to determination of HAWT's performance. The presented model is developed on the basis of modified Witoszyński's propeller theory presented in [4]. In this model an iterative determination of induced velocity field is avoided thanks to solution method similar to as in Witoszyński's propeller theory. The Goldstein kappa factor or Prandtl tip loss factor is introduced to the equations of momentum and angular momentum for ideal HAWT. Ideal axial force (trust) and ideal torque are determined using blade element method (BEM). These values of thrust and torque are compared to those obtained from momentum and torque equation. Thanks to approximation of lift force coefficient vs. angle of attack by sine curve one may obtain a quadratic equation for axial velocity component. The section drag is incorporated to calculations of thrust and power, when induced velocity components are known, and hence angle of attack is determinated. For case of moderately loaded HAWT disc an iterative process for determination of tip loss factor is incorporated. To icorporete sffect of blade element stall-delay due to blade rotation a simple semiempirical model proposed by Tangler and Selig was applied.

PL

W artykule przedstawiono zastosowanie nieiteracyjnej uproszczonej teorii wirowej do wyznaczania charakterystyk silnika wiatrowego o poziomej osi obrotu. Zastosowany model stanowi rowinięcie zmodyfikowanej metody Witoszyńskiego, służącej do wyznaczania charakterystyk śmigła [4]. W modelu tym unika się iteracyjnego wyznaczania prędkości indukowanych dzięki aproksymowaniu profilowej charakterystyki sinusoidą. Porównanie elementarnego oporu wirnika i elementarnego momentu obrotowego obliczonego dla elementu lopaty z ich wartościami uzyskanymi na podstawie zasad zachamowania masy pędu i momentu pędu, pozwala na uzyskanie równania kwadratowego pozwalającego obliczyć lokalną wartość prędkości osiowej. W analizie elementu łopaty wiatraka idealnego dokonuje się korekty wartości cyrkulacji za pomocą współczynnika straty pędu F zaproponowanego przez L. Prandtla. Wyznaczanie kinematyki napływu pozwala na określenie wartości kąta natarcia i oporu profilowego łopaty. Znajomość współczynników siły nośnej i oporu oraz kata napływu umożliwia obliczenie mocy i siły opory wirnika. W celu uwzględnienia wpływu ruchu obrotowego łopat na opóźnienie oberwania warstwy przyściennej zastosowano prosty, półempiryczny model Tanglera-Seliga.

Słowa kluczowe

EN

vortex theory; wind turbine

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2000
• Tom: Nr 2 (161)
• Strony: 24--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Strzelczyk P.

• Politechnika Rzeszowska

Bibliografia

• [1] Glauert H.: The elements of airfoil and airscrew theory. Cambridge University Press 1948.
• [2] Prosnak W. J.: Calculation of the propeller performance. Technika Lotn. 1954 nr 5 s.136-145.
• [3] Schepers J.G. i in.: Final report of IE A Annex XIV: field rotor aerodynamics. ECN-C-97-027, 1997.
• [4] Strzelczyk P.: Modification of the Witoszynski propeller theory: Influence of finite number of blades. Prace Instytutu Lotnictwa 1996 nr 146 s. 107-118.
• [5] Tangler J.L., Selig M. S.: An evaluation of an empirical model for stall delay due to rotation for HAWTS. NREL/CP-440-23258. Presented at Windpower ‘97 Austin, Texas, June 15-18, 1997.
• [6] Witoszynski Cz.: Selected Papers. Warszawa: PWN 1957 s. 219-245.