Studentka leteckého inženýrství vyřešila stoletý matematický problém. Pomůže optimalizovat větrné turbíny
Divya Tyagi, studentka leteckého inženýrství na Penn State University, dosáhla průlomu v oblasti aerodynamiky. Podařilo se jí vyřešit téměř sto let starý matematický problém, který formuloval britský aerodynamik Hermann Glauert v roce 1935, píše server Živě.cz. Její výzkum přináší klíčové zpřesnění modelu výkonu větrných turbín a může vést ke zvýšení jejich efektivity až o dvě procenta.
Elegantní řešení stoleté otázky
Glauert se ve své době zaměřil na výpočet koeficientu výkonu, tedy účinnosti přeměny větrné energie na elektřinu. Tyagi však jeho model rozšířila o další faktory, které mají zásadní vliv na konstrukci a provoz větrných turbín – konkrétně o koeficienty tahu a ohybového momentu. Tyto veličiny určují, jak vítr působí na lopatky turbíny a jakým způsobem se zatěžuje jejich konstrukce.
„Vytvořila jsem dodatek ke Glauertovu problému, který určuje optimální aerodynamický výkon větrné turbíny tím, že řeší ideální podmínky proudění pro maximalizaci výkonu,“ vysvětluje Tyagi.
Větší efektivita, nižší náklady
Podle odborníků umožní nové rovnice přesnější predikce chování turbín v různých povětrnostních podmínkách. To se může promítnout do nižších nákladů na údržbu a delší životnosti zařízení.
„Pokud máte roztažené paže a někdo vám tlačí na dlaň, musíte tomuto tlaku odolávat. Tomu říkáme síla tahu po větru a moment ohybu kořene. Větrné turbíny čelí stejným silám, ale ve větším měřítku. Abychom optimalizovali jejich výkon, musíme přesně pochopit velikost a rozložení těchto zatížení,“ vysvětluje profesor Sven Schmitz, který výzkum vedl.
Cesta k přelomovému objevu
Tyagi využila metodu variačního počtu, která umožnila výrazné zjednodušení celého problému. Její práce je natolik přelomová, že se podle profesora Schmitze „stane součástí učebnic po celém světě“.
Za svou bakalářskou práci získala prestižní cenu Anthony E. Wolk Award za nejlepší závěrečnou práci mezi studenty leteckého inženýrství. Výsledek jejího výzkumu byl 21. února publikován v odborném časopise Wind Energy Science.
Další výzvy: interakce proudění mezi lodí a vrtulníkem
Nyní se Tyagi věnuje studiu výpočetní dynamiky tekutin v rámci magisterského programu. Jejím aktuálním výzkumem je analýza proudění vzduchu kolem rotoru vrtulníku při přistání na lodi. Tento projekt, podporovaný americkým námořnictvem, má pomoci zlepšit letové simulace a zvýšit bezpečnost pilotů.
„Cílem je propojit složité proudění kolem lodi s aerodynamikou vrtulníku a zjistit, jak tyto faktory ovlivňují přistání,“ popisuje svůj současný výzkum.
Její dosavadní práce naznačuje, že bychom se v budoucnu mohli dočkat dalších zásadních inovací nejen v oblasti větrné energie, ale i v letectví a námořních operacích.
