Thiết bị giảm áp lực gió siêu cấp - Nghiên cứu sáng tạo Nhật Bản

Thiết b gim áp lc gió siêu cp - Nghiên cu sáng to Nht Bn

nghiên cứu giảm áp lực gió

 

nghiên cứu giảm áp lực gió

Ông Toshikazu Nozawa, Cng tác viên Nghiên cu ti Vin Công ngh Tohoku (Hình bên dưới), đã nghiên cu vic gim thiu gió và các tuabin gió to ra năng lượng. C hai đu là nhng la chn thay thế kh dĩ cho nhng cây chn gió b mt trong trn sóng thn tn công vùng đông bc Nht Bn vào năm 2011. Ti đây, ông Nozawa gii thích các mc tiêu nghiên cu và vic s dng CFD (Đng lc hc cht lng tính toán) trong công vic ca mình.

nhà nghiên cứu Toshikazu Nozawa

nhà nghiên cứu Toshikazu Nozawa

Một số lượng đáng kể cây chắn gió đã bị mất khi trận sóng thần chết người tấn công vùng đông bắc Nhật Bản vào năm 2011. Mặc dù việc trồng lại đang được tiến hành nhưng sẽ mất hàng chục năm để những cây cối phát triển hoàn toàn và hoạt động bình thường như những cây chắn gió. Trong khi đó, người dân địa phương, những người cư trú bên bờ biển, phải hứng chịu những cơn gió mạnh từ biển mà không có bất kỳ bộ lọc hay tấm chắn nào. Gió quá mạnh có thể là một nguy cơ tự nhiên và gây ra thiệt hại cho các tòa nhà và mùa màng.

Ông Nozawa đang điều tra xem liệu các tuabin gió có thể đảm nhận vai trò của các tấm chắn gió đã mất hay không. Ông đề xuất sử dụng một tuabin gió làm giảm vận tốc gió xuống 1/10 tốc độ gió tới và giảm áp suất tương ứng xuống một phần trăm giá trị tới, như một giải pháp thay thế cho các tấm chắn gió. Tua bin gió cũng có thể tạo ra điện. Ông Nozawa hiện đang thử nghiệm một tuabin nguyên mẫu với sự hợp tác của các doanh nghiệp địa phương. Mục đích là để thiết lập lại môi trường chắn gió ở Arahama thuộc Sendai, quê hương của Ông ở đông bắc Nhật Bản nơi gần biển.

khu vực văn phòng Tokyo Electron Miyagi bị ảnh hưởng bởi gió mạnh

khu vực văn phòng Tokyo Electron Miyagi bị ảnh hưởng bởi gió mạnh

thí nghiệm hướng gió tác động khu vực văn phòng Tokyo Electron Miyagi

thí nghiệm hướng gió tác động khu vực văn phòng Tokyo Electron Miyagi

Công ty TNHH Tokyo Electron Miyagi đã lắp đặt tuabin gió do ông Nozawa đề xuất để giải quyết vấn đề gió mạnh. Gió, có thể thổi cao tới 10 m/s, đã thổi bay cổng chính của một cơ sở và thổi ngã một nhân viên. Câu chuyện về tuabin của ông Nozawa và các thí nghiệm ở Arahama đã thu hút sự chú ý của họ. Tokyo Electron Miyagi hiện có mười tuabin của ông Nozawa đang hoạt động.

Các tuabin gió của ông Nozawa không chỉ có thể được lắp đặt ở vùng nông thôn, ven biển, hoặc các khu vực có nguy cơ rủi ro mà còn trong môi trường đô thị để giảm thiểu gió mạnh phát sinh giữa các tòa nhà cao tầng. Về lý thuyết, tuabin gió có thể được sử dụng ở bất kỳ nơi nào có gió mạnh gây ra vấn đề.

S dng Tua bin gió đ làm suy yếu tác đng ca gió

Trong khi tuabin gió thường gắn liền với sản xuất điện, khái niệm sử dụng tuabin gió để làm suy yếu sức gió không được nhiều người biết đến. Mặc dù các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đã quen thuộc với thực tế rằng sức mạnh của gió có thể giảm đi bằng cách sử dụng các tuabin gió, nhưng ông Nozawa là người duy nhất có quan niệm về việc tích cực sử dụng chúng.

Ông Nozawa quan tâm đến nghiên cứu tuabin gió có liên quan đến các nghiên cứu trước đó của ông. Ông Nozawa ban đầu là một nhà nghiên cứu về kỹ thuật kiến ​​trúc và kết cấu, thay vì kỹ thuật cơ khí hoặc chất lỏng, và đã tham gia vào các cuộc điều tra về thiệt hại của tòa nhà do bão, lốc xoáy và gió mạnh khác gây ra. Khi lập báo cáo thiệt hại hàng năm, anh nhận thấy sự giống nhau giữa các tòa nhà bị hư hại do gió mạnh.

các khu vực bị ảnh hưởng bới gió

các khu vực bị ảnh hưởng bới gió

Kết quả cho thấy gió mạnh xảy ra xung quanh lối vào chính ở phía nam. Gió mạnh được phát hiện khi gió, có vận tốc tăng lên khi tiếp xúc với mái dốc ở phía nam, chạm vào góc phía tây của tòa nhà văn phòng (vòng tròn màu xanh biểu thị khu vực bị ảnh hưởng bởi gió mạnh)

“Khu vực có khả năng bị thiệt hại đặc biệt là nơi vận tốc gió (áp lực gió) trở nên lớn hơn. Tôi nghĩ rằng thiệt hại có thể được giảm bớt nếu chúng tôi triển khai thiết bị làm suy yếu gió ở một điểm cụ thể nơi gió mạnh nhất. Trở lại khoảng năm 2003, tôi thấy rằng các tuabin gió tạo ra công suất nhỏ đang bắt đầu phổ biến. Tôi nghĩ "tại sao không bắn một mũi tên trúng 2 con chim?" Ông Nozawa giải thích bằng cách thực hiện các tua-bin gió có thể làm suy yếu gió và tạo ra năng lượng.

Tuy nhiên, ông Nozawa phải đối mặt với hai vấn đề: tiếng ồn và thiết kế hình ảnh do cánh quạt tuabin gây ra, vốn là điển hình thời đó. Để giải quyết những vấn đề này, ông Nozawa đã bắt đầu phát triển các tuabin gió trục đứng cánh thẳng. Thiết kế dựa trên tuabin gió Darrieus. Kết quả thử nghiệm ban đầu cho thấy hiệu suất phát điện chỉ 20%, nhưng hiệu suất làm suy yếu sức gió lại khá cao. “Vào thời điểm đó, ưu tiên của tôi được chuyển sang làm suy yếu gió hơn là phát điện. Tôi nghĩ rằng điều này có thể giúp những người trên khắp thế giới đang phải chịu những tác động tiêu cực của gió quá mạnh, ”ông Nozawa nói.

thiết bị giảm áp lực gió

thiết bị giảm áp lực gió

Ông Nozawa đặt câu hỏi với những người sử dụng tua bin gió tạo ra công suất nhỏ để tìm hiểu xem liệu nhu cầu làm suy yếu gió có thực sự tồn tại hay không. Ông biết rằng nhiều người đang phải đối mặt với các vấn đề về gió mạnh. Tin chắc rằng chủ đề đáng để khám phá, ông Nozawa chuyển sang điều tra sâu hơn.

“Khái niệm làm suy yếu gió, hay nói cách khác là làm suy yếu ngoại lực, không được chấp nhận tốt. Ông Nozawa nói, cải thiện độ bền (sức bền) của các cấu trúc để chịu được gió mạnh luôn là cách tiếp cận phổ biến. Ông cho rằng cách tiếp cận thông thường có thể không phải là giải pháp tốt nhất cho các vấn đề về gió xung quanh các tòa nhà cũ hoặc bị hư hỏng ở các khu vực có nguy cơ. Có lẽ ý tưởng của Ông ấy đã tiếp cận tốt hơn. Cảm hứng đó đã dẫn đến các thí nghiệm ở Arahama để xác nhận hiệu suất của thiết kế tuabin gió của ông.

ông Toshikazu Nozawa tại viện nghiên cứu TOHOKU

ông Toshikazu Nozawa tại viện nghiên cứu TOHOKU

Mi quan h gia CFD và Th nghim

Ông Nozawa sử dụng mô phỏng CFD trong quá trình nghiên cứu và phát triển các tuabin gió của mình. Sử dụng mô phỏng, Ông có thể xác nhận các tác động của hiện tượng không thể kiểm tra trong các thí nghiệm. Ví dụ, điều này bao gồm việc bổ sung máy đo gió bên trong tuabin. “Mô phỏng hữu ích theo một số cách. Chúng ta có thể kiểm tra chất lượng luồng gió trước khi thí nghiệm đường hầm gió. Ông Nozawa cho biết CFD giúp chúng tôi hiểu được các yếu tố không thể xác định rõ ràng trong các thí nghiệm thực tế.

“Từ kinh nghiệm, bây giờ tôi nghĩ rằng tốt nhất nên áp dụng mô phỏng CFD khi đánh giá "những gì còn thiếu" và "những thông số quan trọng là gì". Ông Nozawa cho biết các điều kiện và thông số ranh giới có thể được điều chỉnh từng cái một.

Trong nghiên cứu này, ông Nozawa sử dụng mô phỏng CFD để hiểu cách tuabin gió làm suy yếu sức mạnh của gió. Trong kỹ thuật chất lỏng, nhiều hiện tượng vẫn chưa được phân tích đầy đủ. Theo ông Nozawa, làm suy yếu gió bằng cách sử dụng các tuabin gió là một trong số đó.

Vì ông Nozawa về cơ bản là một nhà thực nghiệm, ông đã coi mô phỏng CFD đầu tiên như một phương tiện ước tính kết quả trước khi tiến hành thí nghiệm. “Tôi đã từng thực hiện một thí nghiệm trong đường hầm gió để thể hiện tuyết trôi bằng cách cung cấp các hạt giống như tuyết. Tôi đã nhận được sự khác biệt rất lớn giữa kết quả thí nghiệm và hiện tượng thực tế vì lỗi tôi đã mắc phải khi thiết lập một số điều kiện, ”ông Nozawa nhớ lại. Vào thời điểm đó, ông nhận ra rằng cả thí nghiệm đường hầm gió và mô phỏng CFD đều có khả năng ước tính định tính các tác động, nhưng cả hai đều không có khả năng dự đoán định lượng các hiện tượng thực tế. Bây giờ, quan điểm của Ông đã thay đổi.

“Hãy yêu cầu sự giúp đỡ hơn là cố gắng làm điều gì đó mà bạn không giỏi. Đó là nguyên tắc của tôi, ”ông Nozawa nói. Software Cradle đã tham gia vào nghiên cứu của ông Nozawa bằng cách cung cấp hỗ trợ phân tích. “Bằng cách này, tôi có thể tập trung vào những gì tôi giỏi và điều đó đã giúp tôi đạt được tiến bộ nhanh chóng và hiệu quả trong nghiên cứu của mình. Ông Nozawa cho biết một số ý tưởng thú vị đến từ các kỹ sư của Software Cradle, những người có quan điểm khác.

Xử lý giảm thiểu gió là một thách thức mới đối với các kỹ sư của Software Cradle. Ông Nozawa khiến nó trở nên khó khăn hơn bằng cách yêu cầu họ mô tả chính xác các hiện tượng, trong đó tuabin quay nhờ lực nâng tạo ra từ gió, thay vì quay ở một tốc độ nhất định và gió được áp dụng như một điều kiện dòng vào. Bất chấp thách thức, ông Nozawa và Software Cradle đã trình bày thành công các hiện tượng bằng cách sử dụng mô phỏng CFD.

Cách s dng Kết qu Mô phng CFD và Li ích

Khi dự án của ông Nozawa được giới thiệu trên một chương trình truyền hình Nhật Bản, một số kết quả phân tích CFD đã được sử dụng để minh họa hiệu ứng giảm thiểu gió theo cách mà khán giả có thể dễ dàng hiểu được. “Thật ấn tượng khi xem các kết quả phân tích trực quan về gió, vốn thường không thể nhìn thấy được. Chúng tôi đã sử dụng một số kết quả trực quan hóa từ các phân tích do Software Cradle thực hiện. Nhiều khán giả đã phản hồi tích cực sau chương trình. Những hình ảnh trực quan này đã giúp họ hiểu được các hiện tượng. Hình dung kết quả cũng có lợi cho các nhà nghiên cứu. Chúng tôi biết dòng chảy định tính trước khi thực hiện các thí nghiệm trong đường hầm gió và chúng tôi cũng có thể xác định các hiệu ứng không thể đánh giá được trong các thí nghiệm, ”ông Nozawa nói.

Ông Nozawa coi mỗi kết quả từ các thí nghiệm đường hầm gió và mô phỏng CFD chỉ là một kết quả cho một điều kiện nhất định. “Cuối cùng, vật lý đằng sau môi trường gió tự nhiên là tất cả những gì có. Tôi nghĩ rằng công nghệ cần thiết để kiểm soát gió mạnh sẽ tiến bộ mạnh mẽ nếu chúng ta có thể mô phỏng các hiện tượng tự nhiên bằng cách sử dụng đồng bộ các thí nghiệm đường hầm gió và mô phỏng CFD, ”ông Nozawa nói.

Video thí nghiệm và thực tế lắp đặt thiết bị giảm áp lực gió siêu cấp

CFD như mt phương tin cung cp s tiện dụng

Ông Nozawa dự đoán sẽ có những thay đổi đối với các ứng dụng CFD trong lĩnh vực môi trường và năng lượng. “Tôi hy vọng sẽ thấy các ứng dụng khác nhau giúp cải thiện mức độ tiện dụng. Ví dụ, sẽ thật tuyệt nếu chúng ta có thể đặt máy phát điện từ gió của các nhà sản xuất khác nhau trên nóc một tòa nhà, nhấp vào biểu tượng 'ước tính sản lượng điện' và ước tính ngay sản lượng điện hàng năm dựa trên tốc độ và hướng gió tại vị trí. Sau đó, người ta có thể mua điện tương ứng. Hoặc, nếu chúng tôi có thể lắp đặt hệ thống tuabin giảm thiểu gió, tạo ra năng lượng, chúng tôi sẽ có thể ngay lập tức tìm ra mức độ yếu của gió chỉ bằng cách nhấp vào biểu tượng 'môi trường gió', ông Nozawa giải thích.

Trong suốt quá trình nghiên cứu của mình, ông Nozawa đã khám phá các cách chuyển đổi gió mạnh thành gió dễ chịu và tạo ra một môi trường thoải mái. Ông hy vọng tầm quan trọng của CFD, với tư cách là một công cụ giúp cải thiện độ an toàn, độ tin cậy và sự thoải mái, sẽ còn phát triển hơn nữa.

P/s: Rất mong muốn các nhà nghiên cứu Việt Nam có thể liên lạc với Ông Toshikazu Nozawa để chuyển giao công nghệ nghiên cứu này cho Miền Trung thân yêu.

Nếu có hàng trăm công trình được lắp ở các bãi biển miền trung để giảm áp lực gió làm tan bão liệu người dân có ủng hộ dự án không???

Quý Khách có nhu cầu tư vấn về an toàn lao động và các sản phẩm bảo hộ lao động và PCCC vui lòng liên hệ với chúng tôi theo thông tin bên dưới!

CÔNG TY TNHH DỊCH VỤ VÀ SẢN XUẤT HOÀNG GIANG

Trụ sở chính : 476 Mê Linh, P. Khai Quang, TP. Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc

Văn phòng Hà nội: 24 ngõ 62, Mai Động, Q. Hoàng Mai, HN

Hotline: 0962.212.998 - 0978.789.247 - 0211.361.6699

Email: bhldhoanggiang@gmail.com

0962.212.998