Morphing blades for tidal turbines: A theoretical study
Morphing blades for tidal turbines: A theoretical study
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潮汐涡轮机变形叶片：理论研究
DOI：
10.1016/j.renene.2021.10.085
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
8.7
通讯作者：
Pisetta G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Pisetta G
潮汐能通过提供可预测的可再生能源，有可能为能源安全做出重大贡献。需要新技术来降低能源成本，并使该能源部门在能源市场上具有竞争力。技术可以有助于降低成本的关键领域是减轻流体动力学负载波动，从而增加涡轮机的疲劳寿命。我们提出了一种被动变形叶片的概念，其目的是在不影响平均扭矩和收获功率的情况下减轻非定常推力。我们表明，具有完全弹性偏转的后缘的叶片可以抑制几乎所有的波动，而不改变平均负载。流体动力学和叶片的惯性，材料阻尼和径向剪切应力的影响，降低performance.Using低阶模型的叶片，我们表明，当阵风发生时，由刚性叶片所经历的攻角增加，而所经历的一个精心设计的变形叶片减少。这种反直觉的机制是什么使变形刀片非常有效。虽然以前已经开发了可以被动扭转的叶片，但该理论研究表明，弦向柔性是一种合适的替代方案，应进一步探索。
Tidal energy has the potential to significantly contribute to energy security by providing predictable renewable energy.New technology is needed to decrease the levelised cost of energy and to make this energy sector competitive in the energy market. A key area where technology can contribute to decrease costs is mitigating the hydrodynamic load fluctuations, and thus increasing the fatigue life of the turbine.Here, we formulate a passive morphing blade concept that aims to mitigate the unsteady thrust without affecting the mean torque and thus the harvested power.We show that a blade with a trailing edge that deflects perfectly elastically can suppress virtually all fluctuations without varying the mean loads. The effect of the hydrodynamic and blade's inertia, the material damping, and the radial shear stress, decrease the performances.Using a low-order model of the blade, we show that when a gust occurs, the angle of attack experienced by a rigid blade increases, whilst that experienced by a well-designed morphing blade decreases. This counter-intuitive mechanism is what makes morphing blades highly effective. While blades that could passively twist have previously been developed, this theoretical study suggests that chordwise flexibility is a suitable alternative that should be further explored.
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