8396

مطالعه و بھينه سازي پارامترھاي مؤثر بر عملكرد توربين ھاي بادي عمود محور

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1401

محمد اخلاقي

1402/02/16

مكانيك

Investigation and Optimization of Effective Parameters on the Performance of Vertical Axis Wind Turbines

روند فزاينده‌ي مصرف انرژي در سراسر جهان و محدوديت در منابع سوخت‌هاي فسيلي و آثار مخرب آنها بر محيط‌زيست مانند توليد گاز CO2 و گازهاي گلخانه‌اي نگرش به منابع انرژي تجديدپذير را بيشتر كرده است. در اين ميان انرژي باد به‌عنوان يكي از منابع تجديدپذير رايج شناخته شده است. در اين راستا در سه دهه گذشته بهره‌برداري از انواع مختلف توربين‌هاي بادي به شكل چشمگيري افزايش‌يافته است. محدوديت‌ها و معايب توربين‌هاي محور افقي موجب توسعه و اعمال مطالعات تجربي و عددي مختلف بر روي توربين‌هاي عمود محور شد. اين نوع توربين‌ها با قابليت نصب در موقعيت‌هاي مختلف مي‌تواند بدون حساسيت به جهت باد ورودي به توليد توان قابل‌قبولي دست يابد. توربين عمود محور داريوس يكي از انواع توربين‌هاي بادي محور عمودي به شمار مي‌آيد كه توان بيشتري از ساير اين نوع توربين‌ها توليد مي‌كند. در پژوهش حاضر كاربرد توربين عمود محور داريوس پره مستقيم به‌عنوان يك توربوماشين توليدكننده توان با استفاده از جريان باد، موردمطالعه عددي به دو روش ديناميك سيالات محاسباتي و لوله دوگانه جريان به كمك نرم‌افزار انسيس سي اف ايكس و كيو بليد قرار گرفته است. در اين مطالعه پارامتر ضريب توان به‌منظور ارزيابي عملكرد توربين عمود محور داريوس كه بيانگر بازدهي توربين مي‌باشد، مورد ارزيابي قرار گرفته است. در اين راستا مقادير ضريب توان در نسبت سرعت نوك‌هاي مختلف مورد بررسي گرفته و نتايج حاصله از مطالعات عددي با نتايج تجربي مورد مقايسه قرار گرفته است. از طرفي جهت بهبود عملكرد آيروديناميكي توربين مزبور پارامترهاي طراحي مختلفي از جمله تعداد پره‌هاي توربين، طول وتر پره، زاويه مارپيچ و پروفيل ايرفويل J شكل مورد مداقه قرار گرفت. نتايج حاصل از مقايسه روش ديناميك سيالات محاسباتي و لوله دوگانه جريان نشان داد كه روش ديناميك سيالات محاسباتي نتايج دقيق‌تري دارد و جريان سيال را بهتر مدل‌سازي مي‌كند. درنهايت جهت يافتن مطلوب‌ترين پيكربندي روتور پارامترهاي بررسي شده توسط روش ديناميك سيالات محاسباتي با روش بهينه‌سازي كريجينگ بهينه‌سازي شد و يك پيكربندي بهينه براي توربين داريوس موردنظر ارائه شد. نتايج حاصله از هر دو روش عددي و بهينه‌سازي نهايي نشان داد كه بهترين پيكربندي براي توربين داريوس موردمطالعه يك توربين سه پره با طول وتر پره 0.04 (متر)، زاويه پيچش صفر درجه و نسبت طول ايرفويل J شكل 0.67 در نسبت سرعت نوك 3.9 است.

انرژي تجديدپذير , توربين بادي عمود محور داريوس , ديناميك سيالات محاسباتي , لوله دوگانه جريان , ضريب توان , نسبت سرعت نوك