Студентка инженерного факультета Университета штата Пенсильвания, Дивья Тиаги, переосмыслила математическую задачу столетней давности, придав ей более простую и элегантную форму, что облегчает ее использование и дальнейшее изучение. Работа Тиаги, опубликованная в журнале Wind Energy Science, расширяет область исследований в аэродинамике и открывает новые возможности в проектировании ветряных турбин, которые первоначальный автор задачи, британский специалист по аэродинамике Герман Глауэрт, не рассматривал.
Тиаги, в настоящее время получающая степень магистра в области аэрокосмической техники, выполнила эту работу, будучи студенткой бакалавриата Университета штата Пенсильвания, в рамках своей дипломной работы для колледжа Schreyer Honors.
Тиаги поясняет, что она создала дополнение к задаче Глауэрта, которое определяет оптимальные аэродинамические характеристики ветряной турбины, находя идеальные условия потока для максимизации выходной мощности.
Ее научный руководитель, Свен Шмитц, профессор кафедры аэрокосмической техники и соавтор статьи, отмечает, что первоначальная работа Глауэрта была сосредоточена исключительно на максимально достижимом коэффициенте мощности, который измеряет эффективность преобразования энергии ветра в электричество. Однако Глауэрт не учитывал общие коэффициенты силы и момента, действующие на ротор – вращающийся узел с прикрепленными лопастями, – а также то, как лопасти турбины изгибаются под давлением ветра.
Шмитц сравнивает это с ситуацией, когда человек выставляет руки вперед, и кто-то надавливает на ладони. Человеку приходится сопротивляться этому давлению. Это называется силой тяги, направленной по ветру, и изгибающим моментом у основания лопасти, и ветряные турбины также должны выдерживать это. Необходимо понимать, насколько велика общая нагрузка, чего Глауэрт не сделал.
Шмитц подчеркивает, что простота дополнения Тиаги, основанного на вариационном исчислении – математическом методе, используемом для задач оптимизации с ограничениями, – позволит исследователям изучать новые аспекты проектирования ветряных турбин.
Он уверен, что реальное влияние работы будет оказано на следующее поколение ветряных турбин, благодаря новым знаниям, которые были получены. Он также полагает, что элегантное решение Дивьи найдет свое применение в учебных аудиториях по всей стране и по всему миру.
Тиаги рассматривает свою работу как шаг к совершенствованию производства ветровой энергии и снижению затрат. Она отмечает, что улучшение коэффициента мощности большой ветряной турбины всего на 1% оказывает значительное влияние на выработку энергии, и это отражается на других коэффициентах, для которых были получены соотношения. Улучшение коэффициента мощности на 1% может заметно увеличить выработку энергии турбиной, потенциально обеспечивая энергией целый район.
В выпускном классе Тиаги получила премию Энтони Э. Волка за свою диссертацию, посвященную дополнению к работе Глауэрта. Премия Волка присуждается лучшему выпускнику по специальности «аэрокосмическая техника», подготовившему лучшую диссертацию среди студентов, изучающих аэрокосмическую технику.
Шмитц, который размышлял над задачей Глауэрта в течение десятилетий, высоко оценил настойчивость Тиаги в ее решении.
Шмитц вспоминает, что, когда он размышлял над проблемой Глауэрта, ему казалось, что в ней отсутствуют некоторые шаги, и она очень сложна. Должен был быть более простой способ ее решения. И тут появилась Дивья. Она была четвертой студенткой, которой он предложил заняться этой проблемой, и единственной, кто взялся за нее. Ее работа действительно впечатляет.
