Офіційний веб сайт

Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок

М3

 

Автори: Редчиць Д.О., к.ф.-м.н., Тарасов А.С.), Дегтярьов Д.А.

 

Представлена  Інститутом транспортних систем і технології НАН України

 

Проведено дослідження структури та визначення основних параметрів нестаціонарного обтікання роторів вертикально-осьових (ВО) вітроенергетичних установок (ВЕУ) Дар’є та Савоніуса на основі спільного чисельного розв’язку рівнянь динаміки в’язкої нестисливої рідини і твердого тіла.

Виявлено основні закономірності формування та розвитку структури нестаціонарних течій нестисливого в’язкого середовища при обтіканні роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок. Розроблено розрахункові схеми і моделі динаміки ВО ВЕУ з Н-ротором Дар’є, проведено імітаційне моделювання робочих і аварійних режимів роботи, розрахунок напружено-деформованого стану елементів конструкції.

Наведено новий розв’язок актуальної задачі дослідження процесів аеродинаміки та динаміки роторів ВО ВЕУ на основі методу кінцевих об’ємів та кінцевих елементів. Виконано аналіз структури та закономірностей розвитку нестаціонарних турбулентних нестисливих течій при обтіканні роторів. Проведено імітаційне моделювання штатних й аварійних режимів роботи ВО ВЕУ з Н-ротором Дар’є. Встановлено величини напруг та деформацій, а також коефіцієнти запасу міцності елементів конструкцій ВЕУ.

Побудовано математичну модель для спільного моделювання процесів аеродинаміки та динаміки роторів ВО ВЕУ,  виявлено основні закономірності формування та розвитку структури нестаціонарних течій нестисливого в’язкого середовища при обтіканні роторів ВО ВЕУ,  встановлено залежності осередненого коефіцієнта потужності роторів від коефіцієнта швидкохідності для різних коефіцієнтів заповнення та чисел Рейнольдса.

Розроблені методики використовуються в ЗАТ «ВЕСТА-Дніпро» (м. Дніпропетровськ)  при  проектуванні та розробці нових ВЕУ.

 

Кількість публікацій:   60  наукових публікацій,в т.ч.  20 статей в реферованих журналах.

Надіслати коментар

Коментарі

Алпатов А.П.

Авторами проведене дослідження на тему “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок”, доведені наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.
Основними науковими результатами є:
- розробка програмно-методичного забезпечення для чисельного моделювання нестаціонарних турбулентних течій та розрахунку аеродинамічних характеристик вертикально-осьових (ВО) вітроенергетичних установок (ВЕУ);
- аналіз поля течії, виділення основних стадій формування вихорової структури при обертанні роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок;
- встановлення впливу числа Рейнольдса, коефіцієнтів швидкохідності та заповнення на енергетичні характеристики роторів Дар’є та Савоніуса;
- проведення імітаційного моделювання штатних й аварійних режимів роботи ВО ВЕУ з Н-ротором Дар’є;
- встановлення величини напруг, деформацій та коефіцієнту запасу міцності при навантаженні елементів конструкцій ВЕУ граничними навантаженнями.
Вважаю, що результати досліджень мають практичне значення, тому що дають структурну та кількісну уяву про механізми утворення та розвитку нестаціонарних процесів при обтіканні роторів ВО ВЕУ.
Вважаю, що робота Редчиця Дмитра Олександровича, Тарасова Андрія Сергійовича, Дегтярьова Дмитра Андрійовича “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених у 2011 р.

Завідуючий відділом системного аналізу та проблем керування
Інституту технічної механіки НАН України і НКА України,
д.т.н., професор А.П. Алпатов

Булат Анатолій Федорович

На здобуття премії Президента України для молодих вчених у 2011 році Інститутом транспортних систем і технологій Національної академії наук України висунуто роботу Редчиця Д.О., Тарасова А.С., Дегтярьова Д.А. “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок”.
Окремі результати цієї роботи доповідались на засіданнях Бюро Відділення механіки НАН України та Президії НАН України, де отримали схвальну підтримку й високу оцінку.
Відділення механіки НАН України вважає, що робота “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” старшого наукового співробітника, кандидата фізико-математичних наук Редчиця Дмитра Олександровича, молодшого наукового співробітника Тарасова Андрія Сергійовича, провідного інженера Дегтярьова Дмитра Андрійовича цілком заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених у 2011 р.

Академік-секретар
Відділення механіки НАН України
академік НАН України А.Ф.Булат

Мелешко В’ячеслав Володимирович

Розвиток чисельних методів і обчислювальної техніки дозволили застосувати складні математичні моделі для дослідження нестаціонарних процесів динаміки та аеродинаміки при обтіканні роторів вітроенергетичних установок.
У роботі авторами розглянуті основні етапи математичного моделювання аеродинаміки та динаміки вітроенергетичних установок, пов'язані з вибором і формулюванням математичної моделі, записом вихідних рівнянь, побудовою розрахункової сітки та чисельної методики, розробкою програм і їхнім тестуванням, обробкою результатів. Авторами проведена велика робота із чисельної реалізації поставлених задач. Основні результати опубліковані в науковій пресі та апробовані на наукових конференціях і семінарах.
Вважаю, що робота старшого наукового співробітника, к.ф.-м.н. Редчиця Д.О., молодшого наукового співробітника Тарасова А.С., провідного інженера Дегтярьова Д.А. “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” заслуговує присудження премії Президента України для молодих учених у 2011 р.

Завідувач кафедри теоретичної та прикладної механіки
Київського національного університету ім. Т.Шевченка,
доктор фізико-математичних наук, професор В.В. Мелешко

І.К.Сенченков

Науковий та практичний інтерес представляють результати чисельного експерименту з нестаціонарного обтікання турбулентним потоком роторів Дар'є та Савоніуса. Представлені результати дозволили проаналізувати вплив числа Рейнольдса, коефіцієнтів швидкохідності та заповнення на енергетичні характеристики ротора Дар'є, а також перевагу енергетичних характеристик дволопатевого ротора Савоніуса над трилопатевим.
Отримані результати є важливими з точки зору фундаментальних досліджень в механіці суцільного середовища, оскільки вони розширюють межі знань щодо структури, особливостей обтікання і режимних параметрів роторів вітроагрегатів, що складає потужний інструмент для оптимізації майбутніх зразків роторів на етапі їх проектування.
Сформульоване вище дозволяє вважати доцільним присудження роботі Редчиця Д.О., Тарасова А.С., Дегтярьова Д.А. “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” премії Президента України для молодих вчених у 2011 році.

Гол. наук. співроб.
Інституту механіки ім.С.П.Тимошенка НАН України,
докт. фіз.-мат. наук Сенченков І.К.

Хорошилов В.С.

Розроблені авторами методики та отримані результати сприяють підвищенню ефективності дослідження процесів динаміки та аеродинаміки при проектуванні та розробці нових вітроагрегатів, виборі раціональної форми роторів та режимів роботи. Отримані параметричні залежності використовуються для вдосконалення існуючих інженерних та напівемпіричних методик для визначення енергетичних характеристик вітроагрегатів.
Зазначене вище, на мою думку, є підставою для присудження роботі старшого наукового співробітника, к.ф.-м.н. Редчиця Дмитра Олександровича, молодшого наукового співробітника Тарасова Андрія Сергійовича, провідного інженера Дегтярьова Дмитра Андрійовича “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” премії Президента України для молодих учених у 2011 р.
Начальник сектору
ДП «КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля»
доктор технічних наук, професор В.С.Хорошилов.

Дзензерський Віктор Олександрович

Міжнародна науково-промислова корпорація «ВЕСТА» (МНПК «ВЕСТА») підтримує роботу наукових співробітників Інституту транспортних систем і технологій НАН України к.ф.-м.н. Редчиця Дмитра Олександровича, Тарасова Андрія Сергійовича, Дегтярьова Дмитра Андрійовича “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” на здобуття премії Президента України для молодих учених у 2011 р.
Наведені в роботі розробки сприяють створенню більш якісних та вдосконалених вертикально-осьових (ВО) вітроенергетичних установок (ВЕУ). Тому МНПК «ВЕСТА» вважає актуальними отримані результати.
Чисельно одержані результати використовуються на підприємстві ЗАТ «ВЕСТА-Дніпро», що входить до МНПК «ВЕСТА» (м. Дніпропетровськ) при проектуванні та розробці нових ВЕУ, виборі раціональної форми роторів, режимів роботи ВЕУ.
Враховуючи актуальність вибраної тематики, практичний інтерес, наукову новизну та цінність даної роботи вважаю доцільним присудження роботі старшого наукового співробітника, к.ф.-м.н. Редчиця Д.О., молодшого наукового співробітника Тарасова А.С., провідного інженера Дегтярьова Д.А. “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” премії Президента України для молодих учених у 2011 р.

Президент МНПК «ВЕСТА», Герой України,
лауреат Державної премії України в галузі науки
і техніки та премії О.М. Динника НАН України,
академік ТА України , д.т.н., професор В.О. Дзензерський

Олександр Андрійович Гуржий

Молоді науковці зробили свій позитивний внесок в механіку суцільного середовища. Зокрема в роботі:
- побудовано математичну модель для дослідження взаємного впливу процесів аеродинаміки та динаміки роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок;
- виявлені принципові закономірності розвитку нестаціонарних течій при обтіканні рухливих роторів вертикально-осьових вітроагрегатів та їх елементів;
- вперше отримано результати розв’язання спряженої задачі аеродинаміки та динаміки трилопатевого ротору Савоніуса;
- встановлено залежності осередненого коефіцієнта потужності роторів Дар’є та Савоніуса від коефіцієнта швидкохідності для різних коефіцієнтів заповнення та чисел Рейнольдса;
- розроблено модель динаміки для моделювання аварійних режимів роботи вертикально-осьової установки з Н-ротором Дар’є та V-подібними траверсами;
- показано, що динаміка ВЕУ з вертикально-осьовою схемою описується системою диференціальних рівнянь 68-го порядку;
- встановлені величини напруг і деформацій, а також коефіцієнти запасу міцності елементів конструкцій ВО ВЕУ.
Вважаю, що робота старшого наукового співробітника, кандидата фізико-математичних наук Редчиця Дмитра Олександровича, молодшого наукового співробітника Тарасова Андрія Сергійовича, провідного інженера Дегтярьова Дмитра Андрійовича “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених у 2011 р.

Старший науковий співробітник Інституту гідромеханіки НАН України,
доктор фізико-математичних наук, ст.н.с. О. А. Гуржий

Робота присвячена чисельному моделюванню динаміки та аеродинаміки роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок на основі нестаціонарних рівнянь динаміки в’язкої рідини та твердого тіла. Одержані результати є теоретичною основою вибору раціональної аеродинамічної форми роторів вітроагрегатів, збільшення коефіцієнту використання енергії вітру та, як наслідок, підвищення потужності вітроенергетичних установок і визначення шляхів та способів вдосконалення існуючих вітроенергетичних установок. Розвиток вітроенергетики на України дозволить зберегти природні копалини та сприятиме енергетичній безпеці держави.
Таким чином результати роботи важливі для вирішення проблемі енергозбереження в Україні, утверджують високий авторитет вітчизняної науки у світі та є видатним досягненням, як в галузі фундаментальних проблем обчислювальної механіки рідини та газу, так і в розумінні закономірностей розвитку турбулентних нестаціонарних течій при обтіканні роторів вітроагрегатів.
Вважаю, що робота старшого наукового співробітника, кандидата фізико-математичних наук Редчиця Дмитра Олександровича, молодшого наукового співробітника Тарасова Андрія Сергійовича, провідного інженера Дегтярьова Дмитра Андрійовича “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених у 2011 р.

Зав. кафедри АПЕПС
теплоенергетичного факультету
Національного технічного університету України «КПІ»,
д.т.н., професор Лук’яненко С.О.

Дзюба Анатолій Петрович

Роботу присвячено розробці моделей і чисельних методик для математичного моделювання динаміки та аеродинаміки роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок на основі спільного чисельного розв’язку рівнянь динаміки в’язкої нестисливої рідини і твердого тіла, верифікації цих методик та створеного програмного забезпечення, обґрунтуванню вибору моделі турбулентності та дослідженню структури поля потоку і визначенню основних параметрів нестаціонарного обтікання роторів вертикально-осьових вітроагрегатів Дар’є та Савоніуса.
В роботі наведено великій обсяг результатів чисельного моделювання процесів аеродинаміки та динаміки роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок на основі методу кінцевих об’ємів та кінцевих елементів. У сукупності отримані авторами нові науково обґрунтовані результати є суттєвим внеском в розвиток механіки рідини, газу та деформованого твердого тіла.

Вважаю, що робота “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” старшого наукового співробітника, кандидата фізико-математичних наук Редчиця Дмитра Олександровича, молодшого наукового співробітника Тарасова Андрія Сергійовича, провідного інженера Дегтярьова Дмитра Андрійовича заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених у 2011 р.

Завідувач кафедри обчислювальної механіки та міцності конструкцій
Дніпропетровського національного університету,
доктор технічних наук, професор Дзюба Анатолій Петрович

Біляєв Микола Миколайович

Коло питань розглянутих в роботі відноситься до стратегічного напрямку розвитку сучасної обчислювальної механіки суцільного середовища, тому не виникає сумнівів щодо їх актуальності. Актуальним є і предмет дослідження – нестаціонарні аеродинамічні процеси, які виникають при обтіканні рухливих роторів вітроагрегатів, робочі та аварійні режими їх роботи, напружено-деформований стан елементів конструкції. Інформація щодо властивостей цих процесів необхідна для вибору раціональної аеродинамічної форми ротора з метою збільшення коефіцієнту використання енергії вітру та, як наслідок, підвищення потужності вітроенергетичних установок.
Одним з виграшних моментів роботи є вдалий підхід до пошуку та вибору методик дослідження нестаціонарних відривних течій. Крім того у роботі наведено докладний аналіз результатів широкого кола обчислювальних експериментів. Подані висновки відображають головні результати досліджень.
Враховуючи вище зазначене вважаю, що робота “Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок” заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених у 2011 р.

Завідувач кафедри гідравліки та водопостачання
Дніпропетровського національного університету
залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна,
доктор технічних наук, професор Біляєв Микола Миколайович

Зевін Олександр Аронович

Робота Редчиця Д.О., Тарасова А.С., Дегтярьова Д.А. присвячена дослідженню процесів аеродинаміки та динаміки роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок на основі методу кінцевих об’ємів та кінцевих елементів. Авторами розроблено програмно-методичне забезпечення для чисельного моделювання обтікання роторів ВО ВЕУ. Розроблено модель динаміки для моделювання аварійних режимів роботи ВО ВЕУ з Н-ротором Дар’є та V-подібними траверсами.
Виконано розрахунки роторів Дар'є і Савоніуса з різними геометричними параметрами та кількістю лопатей. Встановлено влив чисел Рейнольдса, коефіцієнтів швидкохідності та заповнення на енергетичні характеристики роторів. Проведено тестові розрахунки процесу відриву лопаті від нижньої траверси за допомогою імітаційної моделі та здійснена візуалізація даного процесу.
Практичне значення результатів роботи становлять насамперед чисельні алгоритми та програмне забезпечення, яке дає змогу проводити масові обчислювальні експерименти для вітроагрегатів різних конструкцій та з різними характеристиками, що є шляхом до встановлення найбільш ефективних конструкцій та режимів роботи таких енергетичних агрегатів. Це, зокрема, є знано дешевшим, ніж проведення експериментальних випробувань для цих серій вітроагрегатів.

Вважаю доцільним присудження роботі «Математичне моделювання динаміки та аеродинаміки вертикально-осьових вітроенергетичних установок» премії Президента України для молодих учених у 2011 р.

Провідний науковий співробітник
Інституту транспортних систем і технологій НАН України
доктор фізико-математичних наук, доцент Зевін Олександр Аронович

Задонцев Владимир Антонович

Развитие ветроэнергетики представляется одним из перспективных направлений решения проблемы дефицита электроэнергии. Особенно остро эта проблема встала в последнее десятилетие.
В работе Редчица Д.А., Тарасова А.С., Дегтярёва Д.А. объектом исследования являются структура обтекания и динамические характеристики двух типов вращающихся роторов вертикально-осевых (ВО) ВЭУ. Обтекание вращающихся роторов ВО ВЭУ характеризуется нестационарностью и обширным периодическим отрывом потока. Сложность и трудоемкость расчета подобных течений общеизвестна.
Особый интерес представляют результаты моделирования существенно нестационарного обтекания несущих поверхностей ротора Дарье, а также моделирование аварийных режимов работы вертикально-осевой установки с Н-ротором Дарье и V-подобными траверсами.
Результаты работы применяются на предприятии ЗАО «ВЕСТА-Днепр» входящем в Международную научно-промышленную корпорацию (МНПК) «ВЕСТА» (г. Днепропетровск).
Считаю, что работа к.ф.-м.н, старшего научного сотрудника Д.А. Редчица, младшего научного сотрудника А.С. Тарасова и ведущего инженера Д.А. Дегтярёва «Математическое моделирование динамики и аэродинамики вертикально-осевых ветроэнергетических установок» заслуживает получения премии Президента Украины для молодых ученых.

Вице-президент, начальник информационно-аналитического управления МНПК «ВЕСТА», д.т.н., проф. Задонцев Владимир Антонович