שְׁאֵלָה:
כיצד לגדול נכון את הלהבים עבור טורבינת רוח חינוכית קטנה?
jhabbott
2015-01-23 02:59:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

אני רוצה לתכנן טורבינת רוח קטנה הניתנת להוצאה בקלות מהכיתה למגרש הספורט בתנאי רוח נמוכה יחסית (5-15 קמ"ש) שיכולה להניע נורית 5V מוארת במיוחד - מספיק מספיק כדי להראות שזה עובד.

כיצד אוכל לחשב את ההספק שאוכל לקבל מקוטרי להבים שונים בתנאי רוח אלה, ואת הכוח הדרוש להנעת מנוע / גנרטור DC קטן בכדי להדליק את הנורית?

כוח ~ ~ ~ = Z x 600 x A x Cd x (V / 10) ^ 3. וואט | Cd = מקדם גרירה - מוגדר ל- 1 כדי להתחיל. 0
שתיים תשובות:
#1
+9
Dave Tweed
2015-01-23 03:56:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

כשזה קורה, לאחרונה עברתי את החישוב הזה בעצמי לאתר אחר.

בהתחשב בעובדות הבאות מחיפוש מהיר באינטרנט, לא קשה להבין את המספרים.

  • היעילות המקסימלית של טחנת רוח (גדולה) היא כ -40%.
  • צפיפות האוויר היא 1.225 ק"ג / מ 3
  • אתה זקוק לכ- 50 מ"ג (10 mA ב -5 וולט) כדי להדליק נורית LED

ראשית, נצטרך כ- 50 mW / 0.40 = 125 mW של כוח אוויר שזורם דרך טחנת רוח כדי ליצור את החשמל שאנו זקוקים לו (תוך התעלמות מגורמים אחרים כגון היעילות בפועל של טחנת רוח קטנה ויעילות הגנרטור).

כוח האוויר הזורם דרך טחנת הרוח הוא 0.5mv 2 , כאשר m הוא קצב המסה של האוויר שזורם דרך ה"דיסק "המוגדר על ידי קוטר הלהבים. לדוגמא, נניח שיש לנו דיסק של 0.03m 2 (בקוטר של כ -20 ס"מ). קצב המסה של האוויר הוא שטח הדיסק כפול מהירות האוויר, מוכפל בצפיפות האוויר:

$$ \ text {קצב מסה} = 0.03 \ טקסט {m} ^ 2 \ cdot v \ cdot 1.225 \ text {kg / m} ^ 3 = v \ cdot 0.03675 \ text {kg / m} $$

כוחו של אותו אוויר הוא לכן:

$$ P = 0.5 \ cdot \ text {קצב המסה} \ cdot v ^ 2 $$

החלפה ופתרון של $ v $:

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

... או בערך 7 קמ"ש.

אם ניקח בחשבון את היעילות שהתעלמנו מקודם, בתוספת ההפסדים ברכבת הילוכים שאולי יהיה צורך בכדי להעלות את סל"ד הגנרטור לרמה שמישה, הייתי כנראה יורה כ -4 × השטח, או כ -2 × הקוטר (40-50 ס"מ), על מנת להשיג תוצאות סבירות.

תשובה נהדרת, ואני מסוקרן. האם זה מניח 3 או 4 להבים? באיזה סוג חומר יש להשתמש לטורבינה שהכרזה מתכוונת לבצע למגרש כדורגל?
@KTM: זה לא מניח שום דבר. פרטים כאלה מוסתרים במספר יעילות טורבינות הרוח שמצאתי ברשת.
וופ, נראה שהחמצתי את המשפט האחרון ב- OP (ויכול לראות מדוע ציירת את גבול ההיקף לאן שעשית).
זה מושלם, הייתי מודאג מכך שאם אקים ניסוי וזה לא עובד אז לא אדע אם הוא קטן מדי או שמשהו אחר לא בסדר. עכשיו יש לי מספיק מידע כדי להתחיל.
#2
+2
KTM
2015-01-23 03:32:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

נסה לחתוך כמה מעץ בלזה כדי לראות מה אתה מקבל. ניסויים הם ככל הנראה השיטה הטובה ביותר בקנה מידה כה קטן, והמתמטיקה לא תביא אתכם רחוק מאוד ללא ידע נרחב על החומרים (כלומר ככל שהחומר זול יותר, כך הסיכוי שהלהב ייראה כמו הגדולים פחות).

עבדתי פעילויות קיץ באוניברסיטה שלי תוך שימוש בחומרים של KidWind, וזה בעצם המון כיף לבנות משלך ולהתנסות בזה. תמיד הקמנו מנהרת רוח ומעמדי טורבינות / רוטור שהילדים יתכננו ואז יחברו להבים. המון כיף, ותתפלאו אילו סוגים של צורות אכן עובדים שווה. הפעילות לקחה אפילו פחות משעה.

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

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

דף עם תמונה של מנהרה (דגמנו את זה שלנו): http: // challenge.kidwind.org/?/national/tunnel



שאלה ותשובה זו תורגמה אוטומטית מהשפה האנגלית.התוכן המקורי זמין ב- stackexchange, ואנו מודים לו על רישיון cc by-sa 3.0 עליו הוא מופץ.
Loading...