ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Основой конструкции эффективного ветротеплогенератора являются два ротора, вложенных в кольцевые зазоры друг друга и образующих систему цилиндрических коаксиальных кольцевых каналов, заполненных вязкой рабочей жидкостью. Роторы приводятся во встречное вращение ветродвигателями. При встречном вращении роторов в кольцевых каналах конструкции возникает течение Куэтта–Тэйлора, в котором за счет интенсивных касательных напряжений, возникающих в рабочей жидкости, происходит диссипация механической энергии ветродвигателей и превращение этой энергии в тепло. В зависимости от свойств рабочей жидкости, частоты вращения роторов, количества кольцевых каналов и их геометрии существуют сочетания параметров для оптимальной конструкции ветротеплогенератора. Предлагаемый метод подбора конструктивных параметров коаксиальных многоцилиндровых роторов позволяет непосредственно выбирать оптимальную конструкцию этих роторов для заданной мощности теплогенератора и свойств вязкой рабочей жидкости. Агрегат, состоящий из двух роторных ветродвигателей, установленных перпендикулярно к потоку воздуха, позволяет преобразовывать энергию ветра в тепловую энергию в широком диапазоне частоты вращения роторов. Конструкция многоцилиндровой системы теплогенератора, в котором используется кольцевое течение Куэтта–Тэйлора, представлена в виде эквивалентного одиночного кольцевого зазора, что позволило обобщить результаты исследований таких генераторов, проведенных с различными рабочими жидкостями при различных условиях, в виде единой зависимости безразмерной мощности теплогенератора от числа Рейнольдса. Полученная зависимость хорошо аппроксимируется линейной функцией в экспериментально исследованном диапазоне чисел Рейнольдса 700 < Re < 20 000. На основе полученной аппроксимации предложен алгоритм расчета геометрических конструктивных параметров многоцилиндровой кольцевой системы теплогенератора, в том числе и габаритных размеров этой системы для выбранных заранее значений мощности теплогенератора и вязкости его рабочей жидкости. В качестве примера приведены расчеты конструктивных размеров девяти вариантов теплогенераторов для трех значений мощности: 10, 20 и 50 кВт.

1. Атлас ресурсов возобновляемой энергии на территории России / Т.И. Андреенко, Т.С. Габдерахманова, О.В. Данилова и др. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2015. – 160 с.
2. State of the art of windthermal turbines: a systematic scoping review of direct wind-to-heat conversion technologies / M. Neumeier, M. Cöster, R. Adriano, R.A. Marques Pais, S. Levedag // Journal of Energy Resources Technology. – 2021. – Vol. 144. – P. 040802. – DOI: 10.1115/1.4052616.
3. Experimental investigation of energy dissipation in the multi-cylinder Couette-Taylor system with independently rotating cylinders / A.F. Serov, A.D. Nazarov, V.N. Mamonov, V.I. Terekhov // Applied Energy. – 2019. – Vol. 251. – P. 113362. – DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.113362.
4. Генерация тепла в мультицилиндровой системе Куэтта-Тейлора / В.Н. Мамонов, Н.Б. Миськив, А.Д. Назаров, А.Ф. Серов, В.И. Терехов // Теплофизика и аэромеханика. – 2019. – Т. 26, № 5. – С. 729–739.
5. Патент № 2774137 Российская Федерация. Многощелевой оппозитный ветротеплогенератор на эффекте Куэтта-Тэйлора с распределителем вращательного момента от вала удаленного ветроколеса: зарег. 15.06.2022 / Серов А.Ф., Назаров А.Д., Миськив Н.Б., Мамонов В.Н., Терехов В.В.
6. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М.: Наука, 1974. – 712 с.