Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2019

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости | Архив c 1961 по текущий год (в формате pdf), упорядоченный по годам
 
в оглавлениеN 44 (2629) 15 ноября 2007 г.

ИДЕАЛЬНЫЙ ВЕТРЯК
С КОНЕЧНЫМ ЧИСЛОМ ЛОПАСТЕЙ

Под таким заголовком статья В. Окулова (Россия) и Ж.Н. Соренсена (Дания) была представлена академиком А. Ребровым (Институт теплофизики СО РАН) для публикации в журнале «Доклады Академии наук». Интересно отметить, что в списке литературы, связанной с решением задачи, важной для развития ветровой энергетики, указана статья Н. Е. Жуковского «Ветряная мельница типа НЕЖ» («Труды ЦАГИ», 1920 г.). «НВС» предлагает научно-популярный вариант статьи В. Окулова и Ж.Н. Соренсена.

Иллюстрация
Гус ван Куик (слева) и В.Л. Окулов на конференции в Копенгагене.

В конце августа в Копенгагене (Дания) проходила вторая международная конференция по теоретическим вопросам утилизации энергии ветра TWIND-2007. Помимо многочисленных проблем аэродинамики и акустики ветровых установок, каждый раз, уже традиционно для подобного рода форумов, ставится и дискутируется принципиальный для развития ветроэнергетики вопрос. Задача касается определения максимума кинетической энергии ветра, которая может быть утилизирована ветряком.

История вопроса восходит к началу ХХ века. Тогда задача была решена только для случая бесконечного числа лопастей турбины в рамках применения одномерной теории нагруженного идеального диска без учета потерь на трение и турбулентность. Данный результат утверждает, что максимальная энергия, которую можно извлечь из кинетической энергии ветра, или коэффициент использования энергии ветра идеальным ветряком, не превышает 59 процентов. Конечно, это завышенное значение эффективности даже для идеальных ветряков без потерь, так как рассматривается модель идеального диска или колеса с бесконечным числом лопастей. Существует много численных и полуэмпирических попыток уточнить это значение, когда число лопастей конечно, но теоретически решить проблему так и не удавалось. Несмотря на то, что над ее решением трудились многие знаменитые аэродинамики ХХ века, такие как Г. Глауерт, С. Гольстейн и Т. Теодорсен, только в этом году в Копенгагене впервые было заявлено об успешном решении проблемы для ветряков. Проанализировав ошибки предыдущих разработчиков аэродинамической теории идеального винта с конечным числом лопастей, ведущий научный сотрудник Института теплофизики СО РАН В. Окулов и профессор Датского технического университета Ж. Соренсен нашли оценку коэффициента использования ветра для ветряков с конечным числом лопастей. Она оказалась меньше известного предела, но хорошо согласуется с данными натурных испытаний.

Другим знаковым событием этой конференции стало возвращение имени Николая Егоровича Жуковского упомянутому абсолютному пределу в 59 процентов для коэффициента использования ветра. Долгое время этот результат был известен как предел Беца, ученика Л. Прандтля (Германия), который впоследствии возглавил его лабораторию. И все же потом было установлено, что еще две известные научные школы начала ХХ века могут претендовать на независимое получение данного результата. Сначала  К. Бергей обнаружил, что первым, кто нашел этот предел в 1915 г., был Ф. Ланчестер (Великобритания), а недавно Ван Куик предложил именовать этот результат как предел Ланчестера-Беца-Жуковского потому, что Н. Е. Жуковский независимо нашел и опубликовал свой результат в том же 1920 году, что и А. Бец. Отметим, что теория идеального ветряка с бесконечным числом лопастей, как ее сейчас называют, не создавалась Н. Е. Жуковским специально, а представляет собой вводный параграф к последней из трех статей, посвященных ветрякам, написанных в 1920 году. Внимание к теме ветряков у Жуковского было вызвано предложениями одного изобретателя, сулившего огромную мощность от своей ветроустановки. Жуковский имел обыкновение вновь и вновь возвращаться к ранее поднятым темам и с присущим ему блеском выяснять суть проблемы до конца. Но последовавшие болезни, смерть любимицы-умницы дочери не оставили возможности 73-летнему ученому продолжить работы.

В России со статьей Беца и работой Ланчестера вследствие войны и революции не были знакомы. И Жуковский свой вывод сделал совершенно самостоятельно, иначе бы он упомянул о работах Беца и Ланчестера. Николай Егорович в таких вопросах был человеком чрезвычайно щепетильным.

К тому же и результат Жуковского, изданный на русском языке в трудах его института, а не в научном журнале, не был известен за рубежом вплоть до 2007 года. Интерес зарубежных ученых к работам Николая Егоровича, и, в частности, по ветрякам, был инициирован в связи с работами д.ф.-м.н. В. Окулова в области ветроэнергетики в рамках договора о сотрудничестве между Институтом теплофизики и Датским техническим университетом. Заинтересовавшись работами Жуковского, Гус ван Куик, один из редакторов журнала «Ветровая энергия», проанализировал ход рассуждений Ланчестера, Беца и Жуковского при получении предела и сделал вывод о независимом решении задачи и полученных результатах. Свое предложение он сначала опубликовал в краткой заметке (Kuik, G.A.M., van. The Lanchester-Betz-Joukowsky Limit // Wind Energ., 2007. Vol. 10. P. 289-291), затем это предложение было торжественно принято участниками конференции TWIND-2007.

Подготовила
Галина Шпак

стр. 10

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?16+439+1