Tính toán tổng trở sóng của tuabin gió dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn

Bài viết Tính toán tổng trở sóng của tuabin gió dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn trình bày phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được sử dụng để tính toán tổng trở sóng của tuabin gió khi xét tới kích thước thật và vật liệu làm tuabin gió.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán tổng trở sóng của tuabin gió dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 TÍNH TOÁN TỔNG TRỞ SÓNG CỦA TUABIN GIÓ DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Nguyễn Văn Vinh Trường Đại học Thủy lợi, email: vinhnv@tlu.edu.vn 1. ĐẶT VẤN ĐỀ thành phần dây dẫn sét trong cánh được xem như là một hình trụ (Hình 1). Tổng trở sóng Tuabin gió là thiết bị có độ cao lớn và của cánh (Zb) và tháp (Zt) được tính bởi: thường đặt ở những vị trí cô lập nên rất dễ bị sét đánh. Nghiên cứu chỉ ra rằng, tua bin gió 2H b H Z b  60.ln và Z t  60.ln 2 t (1) càng cao thì tỷ lệ do sét đánh càng lớn, các sự rb rt cố trên tuabin gió do sét gây ra mỗi năm có ở đây, Hb và rb là chiều dài và bán kính của thể lên tới 36% [1]. Theo đó, hư hỏng trên hệ thành phần dẫn sét trong cánh; Ht và rt là thống điều khiển chiếm tới 51%, hệ thống chiều cao và bán kính cơ sở của tháp. điện là 20%, cánh là 10%, máy điện là 7%, các thành phần khác là 12% [2]. Nhận thấy những vấn đề trên, việc tính toán bảo vệ chống sét là cần thiết để hạn chế những thiệt hại do sét gây ra thông qua việc ước lượng trị số quá điện áp đặt lên từng phần tử của tuabin gió. Những phần tử này được biểu diễn thông qua một đại lượng điện là tổng trở sóng tương đương. Việc xác định chính xác đại lượng điện này cho phép ta ước lượng được trị số quá điện áp do sét gây ra, từ đó đề ra được các biện pháp bảo vệ chống sét thích hợp cho các thiết bị trên tuabin gió. Trong bài báo này, phương pháp phần tử Hình 1. Sơ đồ tương đương của tuabin gió hữu hạn (FEM) được sử dụng để tính toán 2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) tổng trở sóng của tuabin gió khi xét tới kích thước thật và vật liệu làm tuabin gió. Quá Xuất phát từ công thức tính tổng trở sóng trình xây dựng mô hình, mô phỏng, và tính được đề xuất bởi [4]: toán dựa trên phần mềm COMSOL. Kết quả H Z (2) tính toán này được so sánh với phương giải c.CT tích. Ngoài ra, bài báo cũng thảo luận sự tác ở đây, H là chiều cao của vật thể, c là vận tốc động tương hỗ giữa các thành phần của ánh sáng trong chân không (3.108 m/s), CT là tuabin gió (3 cánh, trục cánh và tháp) lên giá điện dung của vật thể. trị tổng trở sóng, thay vì tính tổng trở sóng Trong bài báo này, điện dung của tuabin độc lập cho cánh và tháp riêng lẻ. gió được tính như sau: 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2W CT  (3) U2 2.1. Phương pháp giải tích ở đây, U là điện áp kích thích đặt vào tuabin Trong [3], tác giả coi thành phần tháp của gió (1V), W là năng lượng điện trường tích tuabin gió như là một hình nón cụt trong khi lũy trong tuabin gió và được tính bằng FEM 564 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 thông qua hàm phân bố thế   x, y, z  trong của tuabin gió theo thông số của hãng Vestas miền khảo sát  : V66-1.65MW (Bảng 1 và 2).  1    2    2     2 Bảng 1. Kích thước tuabin gió hãng Vestas W     x     y    z    d (4)   2   x   y   z    Bước 1: Rời rạc hóa miền khảo sát  Miền khảo sát  được chia thành các phần tử ba chiều dạng tứ diện bậc một (Hình 2). Bảng 2. Vật liệu tuabin gió hãng Vestas 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Tính tổng trở sóng độc lập Hình 2. Phần tử tứ diện bậc một Kết quả tính toán tổng trở sóng trên các  Bước 2: Lựa chọn hàm xấp xỉ thành phần độc lập cho cánh và tháp được Hàm xấp xỉ được chọn là một hàm tuyến trình bày trong Bảng 3. tính như sau: Bảng 3. Tổng trở sóng của cánh và tháp   x, y,z   1   2 x   3 y   4 z (5) Phân bố thế của phần tử [e] tại các nút đỉnh của tứ diện: i     j e  [ N i N j N k N l ].     N . (6) Nhận thấy rằng, tổng trở sóng tính bằng  k  phương pháp phần tử hữu hạn trong cả hai    l trường hợp cho cánh và tháp đều cho kết quả ở đây, N là hàm hình dạng và phụ thuộc vào nhỏ hơn phương pháp giải tích (14.53% và hình dạng phần tử mà ta chia. 22.8%). Sự sai khác này là do trong phương  Bước 3: Xây dựng hệ phương trình đại số pháp giải tích, hình dạng thực và vật liệu làm Năng lượng điện trường t ...