एक छोटे शैक्षिक पवन टरबाइन के लिए ब्लेड को सही ढंग से कैसे आकार दें?

Question

मैं एक छोटी पवन टरबाइन डिजाइन करना चाहता हूं जो आसानी से अपेक्षाकृत कम-हवा की स्थिति (5-15 किमी / घंटा) में खेल के मैदान में कक्षा से बाहर ले जाई जा सकती है जो कि एक छोटे अल्ट्रा-उज्ज्वल 5 वी एलईडी को शक्ति प्रदान कर सकती है - बस यह दिखाने के लिए पर्याप्त है यह काम करता हैं।

मैं इन पवन स्थितियों में विभिन्न ब्लेड डायमीटर से प्राप्त होने वाली शक्ति की गणना कैसे कर सकता हूं, और एलईडी को प्रकाश देने के लिए पर्याप्त डीसी मोटर / जनरेटर को चलाने के लिए आवश्यक शक्ति?

Comments

पावर ~~~ = Z x 600 x A x Cd x (V / 10) ^ 3। वाट | सीडी = ड्रैग कोफ़ - को शुरू करने के लिए 1 पर सेट करें। 0 <Z <0.6 (बेट्ज़ सीमा) दक्षता है। अच्छा उपकरण = 0.2। संभावना ~ = 0.1 कम बहुत आसान :-)। V में m / s A = m ^ 2 में बह क्षेत्र। | 2 मी / एस में आपको शुरू में "कद" के साथ आम तौर पर समस्याएं होंगी। साथ ही कई अल्टरनेटर से भी कोगिंग। हल्की ब्लेड के साथ एक बड़ी डिस्क बनाना आसान है जो कम हवा में घूमेगा।

— रसेल मैकमोहन

Answer 1

जैसा कि होता है, मैं अभी हाल ही में उस गणना के माध्यम से एक अलग साइट के लिए गया था।

एक त्वरित वेब खोज से निम्नलिखित तथ्यों को देखते हुए, संख्याओं को काम करना मुश्किल नहीं है।

• (बड़ी) पवनचक्की की अधिकतम दक्षता लगभग 40% है।
• हवा का घनत्व 1.225 किग्रा / मी ^{3 है}
• एक एलईडी को प्रकाश में लाने के लिए आपको लगभग 50 mW (5V पर 10 mA) की आवश्यकता होती है

सबसे पहले, हमें अपनी ज़रूरत की बिजली बनाने के लिए पवनचक्की के माध्यम से बहने वाली लगभग 50 mW / 0.40 = 125 mW की बिजली की आवश्यकता होगी (अन्य कारकों जैसे कि एक छोटी पवनचक्की की वास्तविक दक्षता और जनरेटर की दक्षता को अनदेखा करना)।

पवनचक्की के माध्यम से बहने वाली हवा की शक्ति 0.5mv ^{2 है} , जहां मी ब्लेड के व्यास द्वारा परिभाषित "डिस्क" के माध्यम से बहने वाली हवा की द्रव्यमान दर है। उदाहरण के लिए, मान लें कि हमारे पास 0.03m ² (व्यास में लगभग 20 सेमी) की एक डिस्क है । हवा की द्रव्यमान दर हवा के वेग से गुणा की जाने वाली डिस्क का क्षेत्र है, जो हवा के घनत्व से गुणा होती है:

$$\text{Mass rate} = 0.03 \text {m}^2 \cdot v \cdot 1.225 \text{ kg/m}^3 = v \cdot 0.03675 \text{ kg/m}$$

उस हवा की शक्ति इसलिए है:

$$P = 0.5 \cdot \text{Mass rate} \cdot v^2$$

लिए प्रतिस्थापन और समाधान :$v$

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

... या लगभग 7 किमी / घंटा।

हम पहले की अनदेखी की गई क्षमताओं को ध्यान में रखते हुए, साथ ही साथ गियर आरपीआर में होने वाली हानियों की भी जरूरत पड़ सकती है जो जनरेटर आरपीएम को एक उपयोगी स्तर तक पहुँचाने के लिए हो सकती है, मैं शायद 4 × क्षेत्र, या लगभग 2 × व्यास (40) के लिए गोली मार दूंगा -50 सेमी), उचित परिणाम प्राप्त करने के लिए।

Comments

महान जवाब, और मैं साज़िश कर रहा हूँ। क्या यह 3 या 4 ब्लेड है? टरबाइन के लिए किस तरह की सामग्री का उपयोग किया जाना चाहिए जो पोस्टर एक फुटबॉल मैदान तक ले जाने का इरादा रखता है?

— केटीएम

@ टीकेएम: यह कुछ भी ग्रहण नहीं करता है। इस तरह के विवरण पवन टरबाइन दक्षता संख्या में छिपे हुए हैं जिन्हें मैंने ऑनलाइन पाया था।

— डेव ट्वीड

वाह, ऐसा लग रहा है कि मैं ओपी में आखिरी वाक्य याद कर रहा हूं (और यह देख सकता है कि आपने गुंजाइश की रेखा क्यों खींची थी जहां आपने किया था)।

— KTM

यह एकदम सही है, मैं चिंतित था कि अगर मैंने एक प्रयोग किया और यह काम नहीं करता है तो मुझे नहीं पता होगा कि यह बहुत छोटा है या कुछ और गलत था। अब मेरे पास आरंभ करने के लिए पर्याप्त जानकारी है।

— झब्बोट

Answer 2

जो कुछ भी मिलता है उसे देखने के लिए बेल्सा की लकड़ी से कुछ काटने की कोशिश करें। इस तरह के छोटे पैमाने पर प्रयोग शायद सबसे अच्छा तरीका है, और गणित आपको सामग्री के व्यापक ज्ञान के बिना बहुत दूर नहीं मिलेगा (यानी सामग्री जितनी सस्ती होगी, उतनी ही बड़ी ब्लेड की संभावना कम होगी)।

मैंने अपने विश्वविद्यालय में किदविंड की सामग्रियों का उपयोग करके गर्मियों की गतिविधियों पर काम किया, और यह वास्तव में अपना खुद का निर्माण करने और इसके साथ प्रयोग करने का एक टन है। हमने हमेशा एक पवन सुरंग और टरबाइन स्टैंड / रोटर स्थापित किया था जिसे बच्चे तब ब्लेड के लिए डिज़ाइन और संलग्न करते थे। मज़ा के टन, और आप आश्चर्यचकित होंगे कि किस प्रकार की आकृतियाँ वास्तव में एक रफ़ू के लायक काम करती हैं। गतिविधि को पूरा होने में एक घंटे से भी कम समय लगा।

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

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

एक सुरंग की तस्वीर वाला एक पृष्ठ (हमने इसे बंद कर दिया है): http://challenge.kidwind.org/?/national/tunnel