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Enregistrement W2995701446 · doi:10.5194/wes-2019-93

Derivation of an Impulse Equation for Wind Turbine Thrust

2019· article· en· W2995701446 sur OpenAlexaff
Eric Limacher, David Wood

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueWind Energy Research and Development
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésThrustStreamlines, streaklines, and pathlinesImpulse (physics)VorticityPhysicsTurbineMechanicsVorticity equationAngular velocityClassical mechanicsVortexSpecific impulseMathematicsMathematical analysis

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. Using the concept of impulse in control volume (CV) analysis, we derive a new equation for steady wind turbine thrust in a constant, spatially uniform wind. This equation contains the circumferential velocity and tip speed ratio. We determine the conditions under which the new equation reduces to the standard equation involving only the axial velocity. A major advantage of an impulse formulation is that it removes the pressure and introduces the vorticity, allowing the equation to be used unambiguously immediately behind the blades. Using two CVs with this downwind end – one rotating with the blades, and one stationary – highlights different aspects of the analysis. We assume that the vorticity is frozen relative to an observer rotating with the blades, so the vortex lines follow the local streamlines in the rotating frame and vorticity does not appear explicitly in the impulse equation for force. In the stationary frame, streamlines and vortex lines intersect, and one of the thrust terms can be interpreted as the effect of wake rotation. The impulse analysis also shows the significance of the radial velocity in wind turbine aerodynamics. By assuming both the radial and axial velocities are continuous through the rotor disk, their contributions to the final thrust expression cancel to leave an expression dependent on azimuthal velocity alone. The final integral equation for thrust can be viewed as a generalization of the Kutta–Joukowsky theorem for the rotor forces. We give a proof, for the first time, for the conditions under which the Kutta–Joukowsky equations apply. The analysis is then extended to the blade elements comprising the rotor. The new formulation gives a very simple, exact equation for blade element thrust which is the major contribution of this study. By removing the pressure partly through the kinetic energy contribution of the radial velocity, the new equation circumvents the long-standing concern over the role the pressure forces acting on the expanding annular streamtube intersecting each blade element. It is shown that the necessary condition for blade-element independence of the conventional thrust equation – that which involves the axial induction factor – is the constancy of the vortex pitch in the wake.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,127
Score d'incertitude au seuil0,289

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,234
Écart entre enseignants0,218 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2019
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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