The object of research, development or design (in Russian) : Ветротурбина с вертикальной осью вращения с лопастями несимметричной формы

The object of research, development or design (in Kazakh) : Симметриялы емес пішінді қалақшалары бар тік осьті жел турбинасы

Aim of work (in Russian) : Моделирование и экспериментальное исследование аэродинамических характеристик лопастей несимметричной формы для повышение эффективности ВЭУ с вертикальной осью.

Aim of work (in Kazakh) : Тік осьті ЖЭУ тиімділігін арттыру үшін симметриялы емес пішінді қалақтардың аэродинамикалық сипаттамаларын модельдеу және эксперименттік зерттеу.

Методы исследования (на русском) : Для исследования аэродинамических характеристик лопастей несимметричной формы ветроэнергетической установки была создана численная модель. Численное моделирование выполнялось в программном обеспечении ANSYS. Для создания и оптимизации геометрии аэродинамического профиля применялась специализированная сетка с 15 слоями ячеек. Использование методики генерации аэродинамического профиля и последующей симуляции с помощью программного обеспечения ANSYS позволило оценить коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления при углах атаки от 0° до 180°.

Методы исследования (на казахском) : Симметриялы емес пішінді қалақшалардың аэродинамикалық сипаттамаларын зерттеу үшін сандық модель құрылды. Сандық модельдеу ANSYS бағдарламалық жасақтамасында жүргізілді. Аэродинамикалық профиль геометриясын жасау және оңтайландыру үшін 15 қабатты жасушалары бар арнайы тор қолданылды. Аэродинамикалық профильді құру әдісі және ANSYS арқылы жасалған симуляция атқылау бұрыштары 0°-тан 180°-қа дейін көтеру коэффициенті мен маңдайлық кедергі коэффициентін бағалауға мүмкіндік берді.

Obtained results and novelty (in Russian) : Проведено численное и экспериментальное исследование ротора Дарье с тремя несимметричными лопастями при υ = 3 м/с в двух конфигурациях – с направляющими пластинами и без них. Поля давления и скорости показывают: пластины усиливают перепад давлений на наветренной кромке и формируют зоны ускорения вдоль лопастей, сужая след; без пластин распределение давления ровнее, вихревые структуры выраженнее, а подъёмная сила ниже. Интегрально это отражается на кривых Cp(λ): при росте TSR Cp увеличивается до λ ≈ 4, затем снижается; вариант с пластинами даёт более высокий Cp во всём диапазоне TSR при приемлемом росте турбулентности в следе. Численные расчёты согласуются с экспериментом (расхождения на малых TSR невелики), что подтверждает корректность модели и целесообразность пассивного управления потоком для повышения эффективности ротора.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : 3 м/с жылдамдықта үш несимметриялық қалақты Дарье роторына сандық және эксперименттік зерттеу жүргізілді; екі конфигурация қарастырылды – бағыттаушы пластиналармен және онсыз. Қысым мен жылдамдық өрістерінің талдауы пластиналар желге қарсы алдыңғы қырда қысым айырмасын күшейтіп, қалақ бойымен ағынды үдету аймақтарын қалыптастыратынын және ізді (құйын ізі) тарылтатынын көрсетті; пластиналарсыз нұсқада қысым таралуы бірқалыптырақ, бірақ құйындық құрылымдар айқынырақ, көтергіш күш төменірек. Интегралдық түрде бұл Cp(λ) қисықтарында көрінеді: TSR өскенде Cp шамасы λ ≈ 4-ке дейін артып, одан кейін төмендейді; пластиналары бар нұсқа TSR-дің бүкіл диапазонында жоғары Cp береді, ал іздегі турбуленттіліктің өсуі қабылданарлық деңгейде. Сандық есептеулер экспериментпен сәйкес келеді (шағын TSR аймағында айырмашылықтар аз), бұл модельдің дұрыстығын және ротор тиімділігін арттыру үшін пассивті ағынды басқарудың мақсатқа сай екендігін растайды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Лопасть с несимметричным профилем, полученным на основе модифицирования профиля NACA 0021. Технико-экономическая оценка показала, что использование лопастей данной формы позволяет улучшить коэффициент полезной мощности установки и облегчить самозапуск турбины за счет геометрии лопасти. Это также способствует повышению надежности и долговечности конструкции.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : NACA 0021 профилін өзгерту арқылы алынған симметриялы емес қалақша. Техникалық-экономикалық бағалау көрсеткендей, бұл пішіндегі қалақшаларды пайдалану қондырғының тиімділігін арттырып, турбинаның өздігінен іске қосылуын жеңілдетеді. Сондай-ақ, бұл құрылымның сенімділігі мен ұзақ мерзімділігін арттырады.

Level of implementation (in Russian) : Предлагаемая конструкция лопасти позволяет добиться лучших характеристик самозапуска, что значительно расширяет возможности использования ВЭУ в условиях различных ветровых режимов и географических условий. На основе проведенных расчетов подготовлена статья для подачи в печать.

Level of implementation (in Kazakh) : Ұсынылған қалақша конструкциясы өздігінен іске қосылу көрсеткіштерін жақсартуға мүмкіндік береді, бұл жел энергетикалық қондырғысының әртүрлі жел режимдері мен географиялық жағдайларда қолдану мүмкіндіктерін айтарлықтай кеңейтеді. Жүргізілген есептеулер негізінде мақала баспаға дайындалды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность предложенных лопастей подтверждается результатами аэродинамического моделирования, которые показали увеличение подъемной силы и оптимальные значения лобового сопротивления при широком диапазоне углов атаки. Это позволяет установке эффективно работать при низких скоростях ветра и демонстрировать высокую производительность в различных условиях.

Efficiency (in Kazakh) : Ұсынылған қалақшалардың тиімділігі аэродинамикалық модельдеу нәтижелерімен расталды, олар атқылау бұрыштарының кең диапазонында көтеру күшінің артуын және оңтайлы маңдайлық кедергі мәндерін көрсетті. Бұл қондырғының төмен жылдамдықтағы жел жағдайларында тиімді жұмыс істеуіне және әртүрлі жағдайларда жоғары өнімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : Результаты данного исследования найдут применение в ветроэнергетической области, в частности при разработке и оптимизации вертикально-осевых ВЭУ типа Дарье. Результаты численных моделирований показывают перспективность использования несимметричных лопастей для улучшения аэродинамических характеристик турбин, особенно в условиях низких скоростей ветра, что важно для регионов с переменчивыми ветровыми условиями. Применение таких лопастей способствует улучшению стартовых характеристик и увеличению коэффициента мощности ВЭУ, что повышает их надежность и экономическую эффективность. Рекомендации, полученные в ходе исследования, могут быть полезны для инженерных компаний и исследовательских учреждений, занимающихся проектированием и эксплуатацией ветроэнергетических установок, а также для энергетических проектов, направленных на устойчивое развитие и увеличение доли возобновляемых источников энергии в энергетической инфраструктуре.

Field of application (in Kazakh) : Бұл зерттеу нәтижелері жел энергетикасы саласында, атап айтқанда, тік осьті Дарье типті жел энергетикалық қондырғысынын әзірлеу және оңтайландыруда қолданылға мүмкіндік береді. Сандық модельдеу нәтижелері турбиналардың аэродинамикалық сипаттамаларын жақсарту үшін симметриялы емес қалақтарды қолданудың келешегі бар екенін көрсетті, әсіресе желдің төмен жылдамдықтарында, бұл өзгермелі жел жағдайлары бар аймақтар үшін маңызды. Мұндай қалақшаларды қолдану жел энергетикалық қондырғысының бастапқы сипаттамаларын жақсартуға және қуат коэффициентін арттыруға ықпал етіп, олардың сенімділігі мен экономикалық тиімділігін арттырады. Зерттеу барысында алынған ұсыныстар жел энергетикалық қондырғыларын жобалау және пайдалану саласында жұмыс істейтін инженерлік компаниялар мен зерттеу мекемелері үшін, сондай-ақ энергетикалық инфрақұрылымдағы жаңартылатын энергия көздерінің үлесін арттыруға бағытталған тұрақты даму жобалары үшін пайдалы болуы мүмкін.