Рыбий ветер: Эффективность косяка
Давайте задумаемся, много ли вообще может быть общего у ветряков и косяка рыб? Не слишком. Но есть в этом кое-что очень полезное, и обнаружили это «кое-что» студент Роберт Уайтлеси (Ropert Whittlesey) и его профессор Джон Дабири (John Dabiri).
Начнем с того, что подавляющее большинство ветряных генераторов вращаются вокруг приподнятой повыше горизонтальной турбинной оси. Просто потому что такое решение, по расчетам, позволяет вырабатывать больше энергии, нежели вертикально расположенные турбины, которые гораздо менее распространены. Однако те же расчеты говорят, что горизонтальные турбины имеют принципиальное ограничение: количество вырабатываемой ими энергии пропорционально кубу скорости ветра.
Но ведь они и сами — стоя сотнями, а то и тысячами — замедляют скорость ветра друг для друга. Чтобы полностью нивелировать это взаимное вредное влияние, потребуется разделять турбины расстоянием порядка 10-ти диаметров лопастей самой турбины. Словом, с определенной площади поверхности суши при заданной скорости ветра вы никогда не получите больше определенного количества энергии.
Этого недостатка лишены вертикальные турбины, их можно устанавливать намного плотнее, и они будут даже увеличивать производительность друг друга. Если обратиться к рыбам.
Секрет кроется в аэродинамическом явлении вихревой дорожки Кармана (взгляните на иллюстрацию слева, и вам все станет понятно). Это повторяющееся появление, движение и исчезновение вихрей в потоке существует и в воде, и в воздухе. Существующие компьютерные модели позволяют с достаточной точностью рассчитать их поведение в обоих случаях. Каждая рыба в косяке оставляет за собой такую дорожку — и каждая следующая, плывя в определенном положении относительно предыдущей, может существенно экономить энергию, если ее подталкивают вращающиеся в нужную сторону вихри.
Для Уайтлеси и Дабири дело оставалась за малым: применить эту модель для условной ветряной электростанции, состоящей из массива 16х16 вертикально ориентированных турбин. Они показали, что продуманное взаимное расположение ветряков существенно увеличивает их производительность — сразу на порядок, если сравнивать с эффективностью обычных горизонтальных турбин, занимающих ту же площадь.
Пока что модель, построенная учеными, лишь двумерна и не принимает в расчет самые сложные аспекты аэродинамики. Но работа в самом разгаре, и авторы идеи уже подали заявку на патент. И действительно, финансовая отдача от оригинального мышления бывает очень велика.
Читайте подробнее о ветре, солнце и прочих способах добыть «чистое» электричество в нашей статье «Энергия будущего».
По сообщению physics arXiv blog
