प्रोपेलर और पवन टरबाइन के ब्लेड वायुगतिकी सिद्धांतों के आधार पर डिज़ाइन किए गए हैं जिन्हें पहली बार गणितीय रूप से एक शताब्दी से भी पहले वर्णित किया गया था।लेकिन इंजीनियरों ने लंबे समय से महसूस किया है कि ये सूत्र हर स्थिति में काम नहीं करते हैं।क्षतिपूर्ति करने के लिए, उन्होंने अनुभवजन्य टिप्पणियों के आधार पर तदर्थ "सुधार कारक" जोड़े हैं।

अब, पहली बार, एमआईटी के इंजीनियरों ने एक व्यापक, भौतिकी-आधारित मॉडल विकसित किया है जो अत्यधिक परिस्थितियों में भी रोटर्स के चारों ओर वायु प्रवाह का सटीक प्रतिनिधित्व करता है, जैसे कि जब ब्लेड उच्च बल और गति पर काम कर रहे हों, या कुछ दिशाओं में कोणित हों.मॉडल न केवल रोटर्स को डिज़ाइन करने के तरीके में सुधार कर सकता है, बल्कि तरीके में भी सुधार कर सकता हैहवा के खेतरखे और संचालित किये जाते हैं।

नये निष्कर्ष हैंबताया गया हैजर्नल मेंप्रकृति संचार, एमआईटी पोस्टडॉक जैमी ल्यू, डॉक्टरेट छात्र किर्बी हेक, और माइकल हाउलैंड, एस्तेर और हेरोल्ड ई. एडगर्टन सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर द्वारा एक ओपन-एक्सेस पेपर में।

"हमने एक नया विकसित किया हैलिखितरोटर्स के वायुगतिकीय के लिए,'' हॉवलैंड कहते हैं। इस सिद्धांत का उपयोग रोटर की ताकतों, प्रवाह वेगों और शक्ति को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है, चाहे वह रोटर वायु प्रवाह से ऊर्जा निकाल रहा हो, जैसे पवन टरबाइन में, या ऊर्जा को लागू कर रहा होप्रवाह, जैसा कि एक जहाज या हवाई जहाज के प्रोपेलर में होता है, "सिद्धांत दोनों दिशाओं में काम करता है," वह आगे कहते हैं।

क्योंकि नई समझ एक मौलिक गणितीय मॉडल है, इसके कुछ निहितार्थ संभावित रूप से तुरंत लागू किए जा सकते हैं।उदाहरण के लिए, सुरक्षा मार्जिन बनाए रखते हुए बिजली उत्पादन को अधिकतम करने के लिए, पवन फार्मों के ऑपरेटरों को लगातार विभिन्न मापदंडों को समायोजित करना चाहिए, जिसमें प्रत्येक टरबाइन के अभिविन्यास के साथ-साथ इसकी रोटेशन गति और इसके ब्लेड के कोण भी शामिल हैं।नया मॉडल वास्तविक समय में उन कारकों को अनुकूलित करने का एक सरल, त्वरित तरीका प्रदान कर सकता है।

हॉवलैंड का कहना है, "हम इसी बात को लेकर बहुत उत्साहित हैं, कि इसमें पवन ऊर्जा की मूल्य श्रृंखला पर प्रभाव डालने की तत्काल और प्रत्यक्ष क्षमता है।"

गति का मॉडलिंग

गति सिद्धांत के रूप में जाना जाता है, रोटर्स अपने तरल वातावरण - हवा, पानी, या अन्यथा - के साथ कैसे बातचीत करते हैं इसका पिछला मॉडल शुरू में 19 वीं शताब्दी के अंत में विकसित किया गया था।इस सिद्धांत के साथ, इंजीनियर किसी दिए गए रोटर डिज़ाइन और कॉन्फ़िगरेशन से शुरू कर सकते हैं, और उस रोटर से प्राप्त होने वाली बिजली की अधिकतम मात्रा निर्धारित कर सकते हैं, या इसके विपरीत, यदि यह एक प्रोपेलर है, तो दी गई मात्रा उत्पन्न करने के लिए कितनी बिजली की आवश्यकता हैप्रणोदक बल का.

हॉवलैंड कहते हैं, "मोमेंटम सिद्धांत समीकरण वह पहली चीज़ है जिसके बारे में आप पवन ऊर्जा पाठ्यपुस्तक में पढ़ेंगे, और यह पहली चीज़ है जिसके बारे में मैं अपनी कक्षाओं में बात करता हूँ जब मैं पवन ऊर्जा के बारे में पढ़ाता हूँ।"उस सिद्धांत से, भौतिक विज्ञानी अल्बर्ट बेट्ज़ ने 1920 में ऊर्जा की अधिकतम मात्रा की गणना की जो सैद्धांतिक रूप से हवा से निकाली जा सकती है।बेट्ज़ सीमा के रूप में जानी जाने वाली यह मात्रा आने वाली हवा की गतिज ऊर्जा का 59.3% है।

लेकिन कुछ ही वर्षों बाद, अन्य लोगों ने पाया कि गति सिद्धांत उच्च बलों पर "बहुत नाटकीय तरीके से" टूट गया, जो तेज़ ब्लेड रोटेशन गति या विभिन्न ब्लेड कोणों के अनुरूप है, हॉवलैंड कहते हैं।यह न केवल मात्रा की भविष्यवाणी करने में विफल रहता है, बल्कि उच्च घूर्णन गति या विभिन्न ब्लेड कोणों पर जोर बल में परिवर्तन की दिशा का भी अनुमान लगाने में विफल रहता है: जबकि सिद्धांत में कहा गया है कि बल को एक निश्चित रोटेशन गति या ब्लेड कोण से ऊपर जाना शुरू करना चाहिए, प्रयोग इसके विपरीत दिखाते हैं।कि बल बढ़ता ही जा रहा है।"तो, यह सिर्फ मात्रात्मक रूप से गलत नहीं है, यह गुणात्मक रूप से गलत है," हॉवलैंड कहते हैं।

यह कहानी एमआईटी न्यूज़ के सौजन्य से पुनः प्रकाशित की गई है (web.mit.edu/newsoffice/), एक लोकप्रिय साइट जो एमआईटी अनुसंधान, नवाचार और शिक्षण के बारे में समाचार कवर करती है।