Φοιτήτρια λύνει μαθηματικό πρόβλημα 100 ετών για να ξεκλειδώσει την πραγματική ισχύ των ανεμογεννητριών | +Video

Μια  νεαρή φοιτήτρια αναμόρφωσε ένα μαθηματικό πρόβλημα ηλικίας 100 ετών και ξεκλείδωσε μια απλή λύση για τη βελτιστοποίηση των συνθηκών ροής των ανεμογεννητριών και την ενίσχυση της απόδοσης ισχύος.

Η Divya Tyagi, μεταπτυχιακή φοιτήτρια αεροδιαστημικής μηχανικής στο Penn State της Πενσυλβάνια, δημιούργησε μια τροποποίηση στη λύση του βέλτιστου δίσκου ρότορα του Βρετανού αεροδυναμιστή Hermann Glauert, αφού ο καθηγητής-σύμβουλός της, Sven Schmitz, PhD, την ενθάρρυνε να ασχοληθεί.

Η πρώτη φοιτήτρια που καταπιάστηκε με την πρόκληση

“Όταν σκέφτηκα το πρόβλημα του Glauert, σκέφτηκα ότι έλειπαν βήματα και ότι ήταν πολύ περίπλοκο”, αποκαλύπτει ο Schmitz, καθηγητής της Boeing/A.D. Welliver στο Τμήμα Αεροδιαστημικής Μηχανικής και συν-συγγραφέας της μελέτης, προσθέτοντας ότι ήταν σίγουρος ότι υπήρχε καλύτερη προσέγγιση.

“Τότε ήταν που εμφανίστηκε η Divya”, συνεχίζει.

“Ήταν η τέταρτη φοιτήτρια που προκάλεσα να το εξετάσει και ήταν η μόνη που το ανέλαβε. Η δουλειά της είναι πραγματικά εντυπωσιακή”.

Η φοιτήτρια ανέλαβε την πρόκληση και αφιέρωσε πολλές ώρες στο πρόβλημα, πριν τελικά αναπτύξει μια λύση.

Τι ήταν αυτό που μελέτησε

Ο Schmitz τονίζει ότι η αρχική εργασία του Glauert επικεντρώθηκε μόνο στον μέγιστο επιτεύξιμο συντελεστή ισχύος, ο οποίος μετρά πόσο αποτελεσματικά μια ανεμογεννήτρια μετατρέπει τον άνεμο σε ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, ο Glauert παρέλειψε να λάβει υπόψη του τους συντελεστές συνολικής δύναμης και ροπής στο ρότορα -την περιστρεφόμενη μονάδα με τα προσαρτημένα πτερύγια- ή τον τρόπο με τον οποίο τα πτερύγια λυγίζουν υπό την πίεση του ανέμου.

“Αν έχετε τα χέρια σας απλωμένα και κάποιος πιέζει την παλάμη σας, πρέπει να αντισταθείτε σε αυτή την κίνηση”, εξηγεί ο Schmitz. “Αυτό το ονομάζουμε δύναμη ώθησης από τον άνεμο και ροπή κάμψης της ρίζας, και οι ανεμογεννήτριες πρέπει να αντέχουν και σε αυτό”.

Η νεαρή φοιτήτρια

“Πρέπει να καταλάβετε πόσο μεγάλο είναι το συνολικό φορτίο, κάτι που δεν έκανε ο Glauert”, συνεχίζει ο καθηγητής, τονίζοντας ότι αναμένει ότι η μέθοδος της Divya θα διαμορφώσει την επόμενη γενιά ανεμογεννητριών, οδηγώντας σε εξελίξεις στον σχεδιασμό και την αποδοτικότητα.

“Όσο για την λύση της Divya, νομίζω ότι θα βρει το δρόμο της στις σχολικές αίθουσες, σε όλη τη χώρα και σε όλο τον κόσμο”, προσθέτει ο καθηγητής.

“Η βελτίωση του συντελεστή ισχύος μιας μεγάλης ανεμογεννήτριας κατά μόλις 1 τοις εκατό έχει σημαντικές επιπτώσεις στην παραγωγή ενέργειας μιας ανεμογεννήτριας”, λέει η φοιτήτρια και προσθέτει: “Μια βελτίωση του συντελεστή ισχύος κατά 1 τοις εκατό μπορεί να αυξήσει σημαντικά την παραγωγή ενέργειας μιας ανεμογεννήτριας, τροφοδοτώντας ενδεχομένως μια ολόκληρη γειτονιά”.

Μελλοντικοί στόχοι και σχέδια

Εν τω μεταξύ, η Divya, η εργασία της οποίας της χάρισε το βραβείο Anthony E. Wolk για την καλύτερη διατριβή αεροδιαστημικής μηχανικής μεταξύ των συμφοιτητών της, πιστεύει ότι τα ευρήματά της θα μπορούσαν να συμβάλουν σε πιο αποδοτικά σχέδια  και σε περαιτέρω πρόοδο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Τώρα που συνεχίζει το μεταπτυχιακό της και μελετά προσομοιώσεις υπολογιστικής ρευστοδυναμικής, η φοιτήτρια ελπίζει να δει την έρευνά της να ενσωματώνεται σε προηγμένες λύσεις για ανεμογεννήτριες.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Wind Energy Science.