Щит-концентратор воздушного потока

Третья оценка эффективности щита-концентратора

Эффективность концентратора можно оценить и другим способом. В середине концентратора имеется рабочий канал. Струя воздуха, проходящая сквозь рабочий канал берет свое начало далеко впереди перед установкой. Перед входом в канал струя замедляется, ее сечение увеличивается, давление в струе растет. Ее давление равно давлению на передней стороне щита.

По имеющимся у меня данным отрицательное давление на задней стороне пластины примерно равно максимальному давлению в центре передней стороны. Тогда давление в центре пластины на передней стороне будет равно 0,59 pср. (Здесь говорится о пластине без отверстия)

Это давление вызвано торможением струи. Если подставить в эту формулу числовые значения, то получим при скорости ветра 5 м/с pц = 12 Па. Атмосферное давление равно 120 000 Па, в 10 000 раз больше, чем динамическое давление ветра. Поэтому и увеличение плотности воздуха в ветроустановках составляет тысячные доли от нормального. По этой причине воздух считается несжимаемой жидкостью.

Полное давление струи, проходящей сквозь рабочий канал в центре пластины, складывается из динамического давления и атмосферного давления p0. Рассмотрим два сечения струи. Далеко перед ветряком и непосредственно перед ветряком. Запишем для этих сечений уравнение Бернулли.

Плотность воздуха считаем неизменной. Давление в первом сечении равно атмосферному давлению, а давление перед ветряком больше атмосферного на величину pц

Мощность ветряка – есть скорость воздуха проходящего сквозь плоскость ветряка умноженная на создаваемое им усилие. А усилие равно разности давлений pср умноженную на площадь S.

В этой формуле S – площадь пропеллера

КПД пропеллера, заключенного в канал, составляет около 90%. Поэтому КИЭВ высчитанный по площади пропеллера равен 0,63*0,9 = 0,567. Сравнивая этот КИЭВ с реальным КИЭВ обычного ветряка получим увеличение энергоотдачи с единицы площади пропеллера 0,567/0,42 = 1,35.

По верхней теоретической оценке получилось, что концентратор увеличивает энергоплотность отдачи ветряка в 2,5-1,5 раза, по нижней – в 1,4 раза.

Все вышесказанное относится к концентраторам с коротким каналом. Для длинных, очень плавно сужающихся каналов, задачу надо решать какими-то другими методами.

Надо учесть и такое обстоятельство, что ветроплотины, выполненные в виде аллей деревьев или надувных цилиндрических конструкций образуют неровные стенки канала для прохождения воздуха. Неровности будут закручивать вихри, а вихри будут забирать энергию от потока. Вихри тоже будут проходить сквозь ветроколесо, но мощность ветроколесу они могут отдать только частично. По этой причине для концентратора нужны довольно гладкие стенки. Величина рельефа стенок должна быть значительно меньше размера канала.

Изобретатели Н.Г.Макаренко, А.Н.Макаренко предлагают делать концентраторы из живых посадок или из искусственных надувных башен. http://poshuk.chat.ru

Здания, расположенные обособленно, в месностях с хорошими ветрами, также можно использовать как ветроконцентраторы. В этом случае концентраторы нужно компоновать еще на стадии проектирования. Тогда ветроустановка будет выполнять как декоративную функцию, так и энергосберегающую.

Сверху на рисунке концентратор ветра из патента РФ М9 1783144

Слева коническая башня-концентратор из патента 2162546, изобретатель Чижиков Александр Арсентьевич.

8 июня 2007г.

Розин М.Н.