Banginių įkvėptos vėjo turbinos

Jūrų mokslininkai jau seniai įtarė, kad neįtikėtiną kuprotųjų banginių judrumą lemia iškilimai, esantys priekiniuose jų plekšnių kraštuose. Dabar Harvardo universiteto mokslininkai sugalvojo matematinį modelį, kuris padeda paaiškinti šią hidrodinaminę briauną. Darbe suteikiama teorinė svarba didėjančiam empirinių įrodymų kiekiui, kad dėl panašių iškilimų gali atsirasti stabilesnių lėktuvų konstrukcijų, didesnio judrumo povandeninių laivų ir turbinų mentes, galinčių surinkti daugiau energijos iš vėjo ir vandens.

Finspiracija: Nelygumai ant kuprotojo banginio priekinio krašto suteikia hidrodinaminį pranašumą. Tyrėjai atranda, kad dėl panašių iškilimų vėjo turbinos, ventiliatorių mentės ir lėktuvo sparnai taptų efektyvesni.

Buvome nustebinti, kad sugebėjome pakartoti daugybę vėjo ir vandens tunelių išvadų naudodami gana paprastą teoriją. Ernstas van Nieropas , Harvardo inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos doktorantas. Jis bendradarbiavo su matematikos profesoriumi Michaelu Brenneriu ir tyrinėtoju Silas Alben.

Panašu, kad kuprotojo banginio plekšnės privalumas yra atakos kampas, kurį jis gali pasiekti – kampas tarp vandens tėkmės ir plaukelio paviršiaus. Kai banginio plaukelio – ar lėktuvo sparno – atakos kampas tampa per staigus, rezultatas yra kažkas, kas vadinama užstrigimu. Aviacijoje sustojimas reiškia, kad per viršutinį sparno paviršių teka nepakankamai oro. Tai sukelia padidėjusį pasipriešinimą ir prarastą keltuvą – potencialiai pavojingą situaciją, dėl kurios gali staiga prarasti aukštį. Tačiau ankstesni eksperimentai parodė, kad kuprotojo banginio plaukelio atakos kampas gali būti iki 40 procentų statesnis nei lygaus plaukelio prieš užstringant.

A popierius neseniai paskelbtas m Fizinės apžvalgos laiškai ir paryškintas žurnale Gamta , Harvardo tyrimų grupė parodė, kad kuprotosios plauko gumburo iškilimai, vadinami gumbais, keičia spaudimo plaukmeniui pasiskirstymą taip, kad kai kurios jo dalys užstringa prieš kitas. Kadangi skirtingos plekšnės dalys stringa skirtingais atakos kampais, lengviau išvengti staigaus užstrigimo. Šis efektas taip pat suteikia banginiui daugiau laisvės atakuoti didesniais kampais ir galimybę geriau numatyti jo hidrodinaminius apribojimus.

Tyrėjai taip pat išsiaiškino, kad iškilimų amplitudė vaidina svarbesnį vaidmenį nei iškilimų skaičius palei plekšnės priekinį kraštą. Idėja tokia, kad galėtumėte sukurti orlaivį, kurį būtų daug sunkiau sustabdyti ir lengviau valdyti, sako van Nieropas. Pavyzdžiui, naikintuvai gali būti suprojektuoti taip, kad būtų akrobatiškesni, nekeliant pavojaus sudužti. Vandenyje jūrų povandeninius laivus būtų galima padaryti vikresnius.

Harvardo tyrime patvirtinti pirmieji kontroliuojami vėjo tunelio modelių plekšnių bandymai, atlikti prieš penkerius metus JAV karinio jūrų laivyno akademijoje Anapolyje, MD, kur buvo įrodyta, kad užstrigimas, paprastai vykstantis 12 laipsnių atakos kampu, atidedamas iki kampas siekia 18 laipsnių. Šių bandymų metu pasipriešinimas sumažėjo 32 proc., o kėlimas pagerėjo 8 proc.

Šis tyrimas buvo išsamiai aprašytas a 2004 metų tyrimas bendradarbiaujant su Vakarų Česterio universitetais ir Duke universitetais. Šis [Harvardo darbas] iš esmės rodo, kad teorija ir empiriniai matavimai yra artimi, ir prideda daugiau svarbos mūsų pradiniam tvirtinimui apie gumbų funkciją, sako Frankas Fishas, ​​Vakarų Česterio biologijos profesorius ir pagrindinis pradinio tyrimo autorius.

Jau dabar bandoma tuberkuliozės dizainą įtraukti į komercinius gaminius. Fish yra įmonės, įsikūrusios Toronte, Ontarijuje, prezidentė Whale Power , kuris pradėjo demonstruoti gumbų pranašumus, kai jie yra integruoti į priekinius vėjo turbinų ir ventiliatoriaus mentių kraštus.

Vėjo turbinų menčių prototipai (žr. paveikslėlį žemiau) parodė, kad uždelstas sustojimas dvigubai padidina turbinų našumą, kai vėjo greitis yra apie 17 mylių per valandą, ir leidžia turbinai surinkti daugiau energijos iš mažesnio greičio vėjo. Pavyzdžiui, turbinos generuoja tiek pat galios 10 mylių per valandą greičiu, kokią įprastos turbinos generuoja 17 mylių per valandą greičiu. Gumbeliai efektyviai nukreipia oro srautą per ašmenis ir sukuria besisukančius sūkurius, kurie padidina pakėlimą.

WhalePower, įsikūrusi Toronte, Ontarijuje, išbando šią vėjo turbinos mentę vėjo bandymų įrenginyje Princo Edvardo saloje. Nelygumai arba gumbai, esantys ant ašmenų priekinio krašto, sumažina triukšmą, padidina jo stabilumą ir leidžia sugauti daugiau vėjo energijos.
Kreditas: WhalePower

Tai sako Stephenas Dewaras, „WhalePower“ tyrimų ir plėtros direktorius vykstantys bandymai Kanados vėjo energetikos institute, Princo Edvardo salos provincijoje, įrodyta, kad gumbeliais išklotos mentės yra stabilesnės, tylesnės ir patvaresnės nei įprastos mentės. Jis sako, kad turbina išliko nukentėjusi nuo uragano krašto ir išgyveno vėjo varomą sniegą ir ledą.

„WhalePower“ demonstracijose taip pat parodė, kad pramoninių lubų ventiliatorių gumbų danga gali veikti 20 procentų efektyviau nei įprastos mentės, be to, jos geriau cirkuliuoja pastate. Rezultatai buvo pakankamai dramatiški, kad įtikintų didžiausią Kanados ventiliatorių gamintoją licencijuoti dizainą, kuris pasirodys naujoje produktų linijoje, kurią planuojama išleisti balandžio pabaigoje.

Ši licencijos sutartis su gerbėjų kompanija yra puiki, sako Fish. Iš esmės tai rodo vieną iš daugelio galimų šios technologijos pritaikymų. Biologijos ir inžinerijos sąjunga per biomimetiką leis ateities naujovėms.

Harvardo tyrimas daro tą pačią išvadą. Gali būti, kad kuprotųjų banginių plaukiojimo pamokos greitai atsidurs kuriant specialios paskirties sparnus, povandeninius laivus, taip pat vėjo turbinų ir sraigtasparnių mentes.

paslėpti