UK 
EnglishТипова
Polski💨 Симулятор Вітрогенератора
Інтерактивний симулятор вітрогенератора. Регулюйте швидкість вітру, кут лопатей та діаметр ротора. Потужність, коефіцієнт ефективності та межа Бетца у реальному часі.
Про цю симуляцію
Ця симуляція моделює аеродинамічне вловлювання потужності горизонтально-осьового вітрогенератора за стандартним рівнянням ротора P = ½ρAV³Cp, де густина повітря ρ становить 1,225 кг/м³, а A — площа, яку описують лопаті. Коефіцієнт потужності Cp визначається кривою залежності від коефіцієнта швидкохідності (tip-speed ratio) і жорстко обмежений теоретичною межею Бетца 16/27 ≈ 0,593. Змінюючи швидкість вітру, кут лопатей і розмір ротора, ви бачите в реальному часі, яку частку доступної енергії вітру турбіна здатна реально вловити.
🔬 Що показано
2D-анімована турбіна з телеметрією у реальному часі. Скрипт обчислює криву Cp(λ, кут лопаті), знаходить оптимальний коефіцієнт швидкохідності λ для поточного кута, застосовує невелику поправку на кількість лопатей, а потім обчислює потужність P = Cp·½ρAV³. Бічний графік показує криву Cp–λ разом з лінією Бетца та поточною робочою точкою.
🎮 Як користуватись
Усе керується чотирма повзунками: швидкість вітру (1–25 м/с), кут лопаті (0–45°), діаметр ротора (10–200 м) і кількість лопатей (1–6). Панель телеметрії показує оберти ротора, коефіцієнт швидкохідності λ, Cp, ефективність відносно межі Бетца та вихідну потужність, а шкала показує, наскільки близько ви до межі.
💡 Чи знали ви?
Жодна турбіна не здатна перетворити більш ніж 59,3% кінетичної енергії вітру в механічну потужність. Альберт Бетц довів цю межу у 1919 році: якщо надто сильно уповільнювати повітря, воно накопичується й обтікає ротор, тож існує оптимальний компроміс на рівні 16/27 вхідної потужності.
Часті питання
Що саме обчислює цей симулятор вітрогенератора?
Він обчислює аеродинамічну потужність, яку турбіна вилучає з вітру, за формулою P = ½ρAV³Cp. Тут ρ — густина повітря (1,225 кг/м³), A — площа, яку описують лопаті (визначається повзунком діаметра), V — швидкість вітру, а Cp — коефіцієнт потужності. Також виводяться оберти ротора, коефіцієнт швидкохідності та ефективність відносно межі Бетца.
Що таке межа Бетца і чому вона дорівнює 59,3%?
Межа Бетца — це максимальна частка кінетичної енергії вітру, яку може вловити турбіна, що дорівнює 16/27, або приблизно 0,593. Якщо ротор уповільнює повітря повністю, потік крізь нього зупиняється; якщо уповільнює ледь-ледь, енергії вилучається мало. Оптимум між цими крайнощами обмежує коефіцієнт потужності на рівні 59,3%, і симуляція ніколи не дозволяє Cp перевищити це значення.
Що таке коефіцієнт швидкохідності і як на нього впливають повзунки?
Коефіцієнт швидкохідності λ — це відношення швидкості кінчиків лопатей до швидкості вітру, λ = ωR/V. Симуляція перебирає значення λ, щоб знайти те, яке максимізує Cp для поточного кута лопаті, а потім визначає з нього оберти ротора. Збільшення кута лопаті зсуває й знижує криву Cp, а зміна кількості лопатей додає невелику поправку ефективності навколо оптимуму для трьох лопатей.
Чи точна фізика в цій симуляції?
Це достовірне освітнє наближення. Основне рівняння потужності та межа Бетца є точними, а крива Cp(λ, кут) використовує широко визнану емпіричну формулу для турбін зі змінним кроком лопатей. Симуляція припускає ідеальне відстеження точки максимальної потужності та стале, рівномірне повітря, тому не враховує турбулентність, втрати в сліді турбіни, ККД генератора й редуктора та конструкційні обмеження, з якими стикається реальна турбіна.
Чому потужність так різко зростає зі збільшенням швидкості вітру?
Тому що доступна потужність вітру пропорційна кубу швидкості вітру (V³). Подвоєння швидкості вітру дає приблизно у вісім разів більше потужності, тому навіть невелике посилення вітру дуже сильно впливає на вихідну потужність. Саме через цю кубічну залежність реальні турбіни змушені зупинятися при дуже сильному вітрі, щоб уникнути конструкційного перевантаження.