12687

12687

طراحي بهينه پره توربين بادي با استفاده از الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي

كارشناسي ارشد

مكانيك - تبديل انرژي

بهمن ماه 1392

بهمن ماه 1392

دكتر شهرام درخشان

چكيده هدف از اين پايان‌نامه، طراحي بهينه شكل پره توربين بادي بر اساس پارامترهاي مهم و تأثيرگذار بر اين توربين، با استفاده از الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي مي‌باشد. بهينه‌سازي توربين بادي روندي چند رشته‌اي مي‌باشد كه شامل بهينه‌سازي آيروديناميكي، سازه‌اي، الكتريكي و اقتصادي مي‌باشد. براي توربين بادي، شكل هندسي پره نقش به سزايي در دستيابي به بازده بالاتر و كارايي بهتر دارد، لذا بهينه‌سازي آيروديناميكي يك موضوع بسيار مهم به شمار مي‌رود و تمركز بر روي طراحي بهينه شكل پره مي‌باشد. در ابتدا هندسه اوليه كه مربوط به توربين بادي Phase VI مي¬باشد، به دست آمد. ميدان جريان سيال با استفاده از حل معادلات ناوير-استوكس شبيه‌سازي گرديده كه نتايج عددي توافق خوبي را با نتايج تجربي نشان دادند. سپس با تغيير در زواياي پيچش و گام پره و همچنين تغيير در اندازه وتر ايرفويل¬ها، به صورت تصادفي پره‌هاي جديد ساخته شد. براي بهينه‌سازي شكل پره و يافتن بهترين پارامترها از الگوريتم بهينه‌سازي كلوني زنبورعسل استفاده شد. اين الگوريتم براي يافتن جواب بهينه نياز به مقدار تابع هدف براي تك¬تك هندسه‌هاي ايجاد شده در فرآيند بهينه‌سازي دارد. براي تعيين تابع هدف براي هر هندسه نياز به حل ميدان جريان سيال در هر هندسه مي‌باشد به همين دليل بهينه‌سازي شكل با اين الگوريتم هزينه بسيار بالايي را در بر دارد. براي حل اين مشكل در اين پايان‌نامه از شبكه عصبي در كنار الگوريتم كلوني زنبورعسل مصنوعي به عنوان مدل تقريبي استفاده شد. با ايجاد پايگاه داده‌اي از هندسه‌هاي مختلف كه با تغيير در هندسه اوليه ايجاد شده‌اند و با استفاده از نتايج جريان در هر هندسه، شبكه عصبي آموزش ديد. پس از آن مقدار تابع هدف به جاي حل جريان سيال به وسيله شبكه عصبي آموزش‌ديده، تعيين گرديد. در اين پايان‌نامه پارامترهاي مهم در عملكرد توربين بادي به عنوان متغير انتخاب و سپس مقايسه شدند كه اين كار توسط بهينه‌سازي زاويه پيچش، وتر، شش زاويه گام و در آخر بهينه‌سازي كلي انجام گرديد. تابع هدف كه به صورت ماكزيمم سازي گشتاور با ثابت نگه داشتن نيروي تراست وارد بر توربين و بدون تغييرات زياد در مشخصات سازه‌اي و وزني بود، منجر به افزايش قدرت مطلوب در همه سرعت¬ها گشت. بهينه‌سازي زاويه پيچش منجر به افزايش 33/8% قدرت در سرعت 10 متر بر ثانيه (سرعت متناظر با حداكثر قدرت) و 25/3% در تمام سرعت‌ها، بهينه‌سازي وتر منجر به افزايش 72/3% قدرت در سرعت 10 متر بر ثانيه و 18/1 درصد در تمام سرعت‌ها، بهينه‌سازي زاويه گام منتج به افزايش 48/25% قدرت توليدي در تمام سرعت‌ها و بهينه‌سازي كلي منجر به افزايش 58/8 درصدي قدرت توليدي در سرعت 10 متر بر ثانيه شد. نتايج به همراه تفاوت‌هاي هندسه اوليه و بهينه در پايان‌نامه شرح داده شده است. واژه‌هاي كليدي: ديناميك سيالات محاسباتي، الگوريتم كلوني زنبورعسل مصنوعي، شبكه عصبي، بهينه‌سازي شكل، توربين بادي