Siswa memurnikan masalah matematika yang berusia seabad yang dapat mengubah energi angin
Divya Tyagi mengerjakan ulang masalah aerodinamik yang berusia seabad, menciptakan pendekatan yang lebih sederhana untuk mengoptimalkan efisiensi turbin angin.
Solusinya, diabaikan dalam penelitian sebelumnya, menjelaskan kekuatan penting yang mempengaruhi bilah turbin. Pekerjaan pemenang penghargaannya dapat membentuk masa depan energi angin, meningkatkan output daya dan menurunkan biaya.
Meninjau kembali masalah matematika yang berusia seabad
Seorang mahasiswa teknik Penn State telah menyederhanakan masalah matematika yang berusia seabad, membuatnya lebih mudah diakses dan praktis untuk aplikasi modern. Penelitian Divya Tyagi memurnikan karya aerodinamis Inggris Hermann Glauert, membuka kemungkinan baru untuk desain turbin angin yang sebelumnya belum dijelajahi.
Tyagi, sekarang seorang mahasiswa pascasarjana yang mengejar masternya di bidang teknik kedirgantaraan, pertama -tama menangani masalah ini sebagai sarjana untuk tesis Schreyer Honors College -nya. Temuannya kemudian diterbitkan di Ilmu Energi Angin.
Mengoptimalkan kinerja turbin angin
“Saya menciptakan tambahan untuk masalah Glauert yang menentukan kinerja aerodinamik optimal dari turbin angin dengan menyelesaikan kondisi aliran ideal untuk turbin untuk memaksimalkan output daya,” kata Tyagi, yang mendapatkan gelar sarjana dalam rekayasa dirgantara.
Penasihatnya, Sven Schmitz, Profesor Boeing/AD Welliver di Departemen Teknik Aerospace dan rekan penulis di atas kertas, mencatat bahwa karya asli Glauert yang hanya berfokus pada koefisien daya maksimum yang dapat dicapai-seberapa efisien turbin mengubah energi angin menjadi listrik. Namun, itu tidak memperhitungkan kekuatan total dan koefisien momen yang bekerja pada rotor, atau bagaimana blade turbin melenturkan di bawah tekanan angin.
“Jika lengan Anda tersebar dan seseorang menekan telapak tangan Anda, Anda harus menolak gerakan itu,” kata Schmitz, seorang anggota fakultas di Institute of Energy dan lingkungan. “Kami menyebutnya kekuatan dorongan angin dan momen lentur akar, dan turbin angin harus menahannya juga. Anda perlu memahami seberapa besar beban total, yang tidak dilakukan Glauert.”
Solusi sederhana namun kuat
Schmitz mengatakan kesederhanaan addendum Tyagi berdasarkan kalkulus variasi, metode matematika yang digunakan untuk masalah optimisasi yang dibatasi, akan memungkinkan orang untuk mengeksplorasi segi baru desain turbin angin.
“Dampak sebenarnya adalah pada generasi turbin angin berikutnya menggunakan pengetahuan baru yang telah diluncurkan,” kata Schmitz. “Adapun solusi Divya yang elegan, saya pikir itu akan menemukan jalannya ke ruang kelas, di seluruh negeri dan di seluruh dunia.”
Meningkatkan efisiensi energi angin
Tyagi mengatakan dia melihat pekerjaannya sebagai langkah menuju peningkatan produksi energi angin dan mengurangi biaya.
“Meningkatkan koefisien daya dari turbin angin besar hanya 1% memiliki dampak yang signifikan pada produksi energi turbin, dan yang diterjemahkan ke koefisien lain yang kami turunkan hubungan,” katanya. “Peningkatan 1% dalam koefisien daya dapat secara khusus meningkatkan output energi turbin, berpotensi memberi daya pada seluruh lingkungan.”
Selama tahun seniornya, Tyagi memenangkan Anthony E. Wolk Award untuk tesisnya tentang addendum untuk karya Glauert. Wolk Award diberikan kepada seorang senior dalam rekayasa dirgantara yang telah mengembangkan tesis terbaik di antara mahasiswa teknik kedirgantaraan.
Memajukan dinamika fluida komputasi
Sekarang mengejar gelar masternya, Tyagi sedang mempelajari simulasi dinamika fluida komputasi, menganalisis aliran udara di sekitar rotor helikopter.
“Tujuannya adalah untuk mengintegrasikannya dengan aliran kompleks di sekitar kapal untuk melihat bagaimana kapal udara berinteraksi dengan helikopter yang mencoba mendarat di geladaknya,” katanya.
Penelitian yang didukung Angkatan Laut AS bertujuan untuk meningkatkan simulasi penerbangan dan keselamatan pilot dengan lebih memahami interaksi dinamis ini.
Kegigihan di balik terobosan
Merefleksikan penelitian sarjana, Tyagi mengatakan membuktikan solusinya di atas kertas itu menantang.
“Saya akan menghabiskan sekitar 10 hingga 15 jam seminggu antara masalah, menulis tesis dan untuk penelitian. Butuh waktu lama karena itu sangat intensif matematika,” katanya. “Tapi saya merasa sangat bangga sekarang, melihat semua pekerjaan yang telah saya lakukan.”
Schmitz, yang telah merenungkan masalah Glauert selama beberapa dekade, memuji kegigihan Tyagi dalam menanganinya.
“Ketika saya memikirkan masalah Glauert, saya pikir langkah -langkah itu hilang dan itu sangat rumit,” kata Schmitz. “Pasti ada cara yang lebih mudah untuk melakukannya. Saat itulah Divya masuk. Dia adalah siswa keempat yang saya tantang dengan melihatnya, dan dia adalah satu -satunya yang menerimanya. Pekerjaannya benar -benar mengesankan.”
Referensi: “Disk Rotor Optimal Glauert ditinjau kembali – Kalkulus solusi variasi dan integral yang tepat untuk koefisien momen dorong dan lentur” oleh Divya Tyagi dan Sven Schmitz, 21 Februari 2025, Ilmu Energi Angin.
Doi: 10.5194/WES-10-451-2025
