6. อากาศพลศาสตร์ของกังหัน

6. อากาศพลศาสตร์ของกังหัน (Turbine Aerodynamics)

            ในกังหันลมสมัยใหม่ใบพัดกังหันมีลักษณะคล้ายกับปีกของเครื่องบิน วิชาอากาศพลศาสตร์ (Aerodynamics) จึงถูกนำมาศึกษาในเรื่องที่เกี่ยวกับใบพัดกังหัน เพื่อสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในงานผลิตพลังงานจากลม เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงที่สุด

      แรงพื้นฐานของอากาศพลศาสตร์จะมีอยู่สองแรงที่ทำให้กังหันลมเกิดการหมุนได้งาน ได้แก่ แรงยก (Lift) และแรงฉุด (Drag)

-                   แรงยก ซึ่งเป็นแรงที่กระทำทิศทางตั้งฉากกับการไหลของลม

-                   แรงฉุด ซึ่งเป็นแรงที่กระทำทิศทางขนานไปกับการไหลของลม

รูปอากาศพลศาสตร์กังหันลม

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

แรงกระทำที่ใบพัด

 

            ใบของกังหันลมมีลักษณะคล้ายกับปีกของเครื่องบิน มีการออกแบบ แพนอากาศ (Airfoil) ในแพนอากาศผิวด้านบนของใบพัด มีลักษณะโค้ง ขณะที่ด้านล่างมีลักษณะพื้นผิวแบนราบ

            หลักการง่าย ๆ ก็คือ เมื่อลมเคลื่อนที่มาปะทะกับใบพัด ลมจะพาดผ่านทั้งผิวโค้งด้านบนปีก และผิวเรียบด้านล่างใต้ปีกไปพร้อมกัน ลมที่วิ่งบนปีกจะมีความเร็วที่สูงกว่าลมที่วิ่งใต้ปีก เมื่อลมเคลื่อนที่ผ่านทั้งผิวโค้งด้านบน และผิวด้านล่างลมจะวิ่งไปบรรจบที่ปลายปีกใบพัดในเวลาเดียวกัน

      ผลที่เกิดขึ้นก็คือผิวโค้งด้านบนมีความเร็วลมสูงความกดดันอากาศจึงต่ำ เมื่อเทียบกับผิวเรียบด้านล่างซึ่งมีความความกดดันอากาศที่สูงกว่า จึงทำให้เกิดแรงยกดันให้ใบพัดมีการยกตัว หรือมีแรงพยายามหมุนใบพัด

      ส่วนรายละเอียดการคำนวณทางวิชาการจะไม่กล่าว ณ ที่นี้ อัตราส่วนแรงยกต่อแรงฉุด (Lift / Drag) เป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการออกแบบประสิทธิภาพของใบพัดกังหัน

วิดีโออากาศพลศาสตร์ของแพนอากาศ

วิดีโออากาศพลศาสตร์เมื่อไหลผ่านใบพัด หรือปีก

            แม้ว่าอากาศพลศาสตร์จะมีส่วนที่สำคัญต่อประสิทธิภาพของกังหันลม แต่ก็ไม่ใช่ทั้งหมด ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดก็เป็นส่วนที่สำคัญไม่น้อยกว่ากัน (ใบพัดที่ยาวนั่นก็หมายความถึงเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์ที่ใหญ่ตามไปด้วย) ทำให้พลังงานที่ได้จากการหมุนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าก็จะมากตามไปด้วย

      และยังมีความสูงของกังหันลมก็มีผลต่อประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้าเช่นกัน เสาที่สูง (Tower height) ก็เป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่สำคัญ ในความสามารถที่จะสร้างพลังงาน กังหันที่ยกขึ้นได้สูงกว่า ก็สามารถสร้างพลังงานได้มากกว่าเพราะว่ายิ่งยกสูงเท่าไหร่ ความเร็วลมก็จะเพิ่มมากขึ้น

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ถ้าคุณต้องการประสบความสำเร็จมากขึ้นหนึ่งเท่าตัว จงเพิ่มความล้มเหลวเป็นสองเท่าตัว

If you want to increase your success rate,double your failure Rate.”

T.Watson Jr (Founder of IBM)