20953

۲۰۹۵۳

مدل سازي و بهينه سازي توربين بادي كوچك

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

۹۷-۹۸

۱۳۹۸/۱/۲۸

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

محدوديت منابع انرژي فسيلي و هم‏چنين نگراني‏هاي زيست‏محيطي موجب ايجاد گرايش شديد به استفاده از منابع تجديدپذير انرژي شده است. باد يكي از در دسترس‏ترين و پاك‏ترين اين منابع است كه از گذشته‏اي دور توسط بشر مورد استفاده قرار گرفت. در ساليان اخير گرايش به استفاده از توربين‏هاي بادي كوچك (با توان توليدي كوچك‏تر از 10 كيلووات) به منظور استفاده فردي افزايش يافته‏است. در بين اشكال متنوع توربين‏هاي بادي محورعمودي، توربين‏هاي راست‏پره از خانواده داريوس، به دليل ساختار نسبتاً ساده، عملكرد آيروديناميكي مناسب خود و آسان‏تر بودن توليد، براي توليد انرژي مناطق محروم و به صورت فردي ترجيح داده مي‏شوند. علي‏رغم تحقيقات بسياري كه روي جنبه‏هاي مختلف توربين‏هاي دايوس راست‏پره صورت گرفته است؛ هنوز كمبود يك فرآيند سرراست براي طراحي آيروديناميكي اين نوع توربين احساس مي‏شود. در اين پژوهش تلاش بر اين بوده‏است كه روشي محاسباتي جهت برطرف كردن اين كاستي ارائه شود. به همين منظور پس از مدل‏سازي آيروديناميك توربين‏هاي راست‏پره، مهم‏ترين پارامترهاي مؤثر بر عملكرد آيروديناميكي آن‏ها تعيين شده و از مدل تحليلي چندلوله‏جرياني دوتايي (DMS) استفاده شده‏است. در پايان با استفاده از الگوريتم ژنتيك تلاش شده تا طرح آيروديناميكي بهينه براي طراحي يك توربين داريوس راست‏پره نمونه با توان توليدي 7 كيلووات در سرعت بادِ طراحيِ 12 متربرثانيه ارائه شود. كه استفاده از ابعاد بهينه به‏دست‏آمده توسط الگوريتم ژنتيك، افزايش راندمان آيروديناميكي در حدود 14 درصد نسبت به طرح خام اوليه را براي توربين نشان مي‏دهد. واژه‌هاي كليدي: توربين داريوس راست‏پره، طراحي آيروديناميكي، مدل DMS، بهينه‏سازي

1398/05/26

Modeling and Optimization of Small Scale Wind Turbine

4/16/2020 12:00:00 AM

Restriction of fossil energy sources and also environmental concerns has led to a great tendency to renewable energy resources. Wind energy is one the most available and cleanest of these resources that has been exploited by human. In recent years, the tendency to use small scale wind turbines (with rated powers less than 10 kilowatts), for individual use has grown very much. Among the various configurations of Vertical Axis Wind Turbines (VAWTs), the Straight-Bladed Darrieus turbines (SB-VAWTs) have gain much more attention for individual use or in poor regions, primarily due to their relatively simple structure and aerodynamic performance. Despite numerous works on different aspects of SB-VAWTs, a straightforward design procedure is still lacking. The main objective of this research is to obtain a computational method in order to fill this gap. For this purpose, after modeling SB-VAWTs aerodynamics, the most important parameters affecting the aerodynamic performance of these turbines has been determined and the analytical model “Double Multiple Streamtube” (DMS) has been used for aerodynamic analysis of turbine. At the end using Genetic Algorithm, the efforts have been made to find the most aerodynamically optimized design for a Straight-Bladed Darrieus turbine with rated power of 7 kilowatts in rated wind speed of 12 m/s. Using the optimized values for designing the turbine shows an increase of about 14 percent in aerodynamic performance compared to the first design. Keywords: Straight-Bladed Darrieus turbine, Aerodynamic design, DMS model, Optimization