19773

۱۹۷۷۳

مدلسازي، ساخت و تست توربين بادي شهري

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

۱۳۹۴-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۳/۲۷

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

امروزه يكي از روش هاي توليد انرژي بصورت مستقل از شبكه، روش سيستم هاي انرژي بادي مي باشد. انرژي بادي در مقايسه با انرژي سوخت هاي فسيلي داراي برتري هايي از جمله تجديد پذير بودن، عدم انتشار آلاينده هاي زيست محيطي، عدم اتلاف انرژي در اثر انتقال طولاني، عدم ايجاد هزينه هاي گزاف براي انتقال طولاني و همچنين عدم مصرف آب هاي زير زميني مي باشد. سيستم هاي انرژي بادي در دو مقياس خانگي و صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرند. توربين سيستم انرژي بادي خانگي به سه دسته محور عمودي، محور افقي و محور مارپيچي تقسيم بندي مي شود. توربين هاي محور عمودي به دليل مزايايي از جمله عدم وابستگي به جهت وزش باد، هزينه ساخت و طراحي ارزان، ابعاد و وزن مناسب براي مصرف خانگي مناسب تر مي باشند و يكي از مناسب ترين انواع آن توربين بادي محور عمودي ساونيوس است كه لازمه مناسب بودن آن كاركرد توربين در سرعت باد پايين است. هدف اين پروژه بررسي پارامتر هاي طراحي توربين براي توان حداكثري؛ از جمله گشتاور، ضريب گشتاور، توان و ضريب توان در سرعت جريان باد پايين تحت تاثير تغييرات حاصل از افزايش فاصله پره ها از مركز توربين و تغييرات زاويه حمله پره ها بوده است. هندسه پره طراحي شده داراي كف و سقف نيم دايره اي مي باشد و براي ساخت آن از دستگاه پرينتر سه بعدي استفاده شده تا ضمن افزايش دقت ساخت، وزن بسيار سبكي نيز داشته باشند. ارتفاع پره (cm)20H=، طول پره (cm) 14L= و عرض پره (cm) 7W= بوده و توربين در قطر (cm) 28D=، (cm) 54D=، (cm) 80 D=و در زواياي حمله ◦0β=،◦30+β=،◦30-β=،◦60+ β=و◦60- β=بصورت تجربي تست شده و بصورت عددي در نرم افزار Ansys Fluent 15.0 با استفاده از روش توربولاني k-ɛ Standard ميدان جريان حول توربين حل شده كه مطابقت خوبي با نتايج تست تجربي داشته است. گشتاور ديناميكي توربين در سرعت هاي دوراني ثابت و در نسبت سرعت نوك پره 0.7-0.1TSR= و گشتاور استاتيكي توربين در پنج زاويه قرار گيري توربين ◦0ϴ =،◦30ϴ=،◦60ϴ=،◦90 ϴ=و◦120 ϴ=در تونل بادي با جريان يكنواخت در پنچ سرعت جريان باد اندازه گيري شده است. پس از انجام آزمايش ها مشاهده شده كه افزايش فاصله نصب پره از مركز توربين باعث افزايش گشتاور ديناميكي، استاتيكي و توان توليدي توربين و كاهش ضريب گشتاور و توان آن نسبت به حالتي كه پره به شفت چسبيده شده است. همچنين گشتاور ديناميكي در زاويه حمله مثبت و منفي ◦60 بيشتر از زاويه حمله ◦0 و مقدار گشتاور ديناميكي در زاويه حمله مثبت و منفي ◦30 كمتر از زاويه حمله ◦0 شده است. بيشترين مقدار توان مربوط به زاويه حمله ◦60- و سپس ◦60+ و سپس ◦0 شده است. بيشترين مقدار توان با اختلاف بسيار كمي مربوط به زاويه حمله ◦0 و سپس ◦30- و سپس ◦30+ بوده است.

1397/09/21

12/12/2018 12:00:00 AM

Nowadays, one of the methods of energy generation independent of the network is the use of wind energy systems. Wind energy compared to fossil fuels has excellence such as renewable, non-polluting emissions, energy dissipation due to long-term transmissions, the absence of excessive costs for long-term transportation and the lack of groundwater use. Be Wind energy systems are used on both urban and industrial scale. The turbine of the wind energy system is divided into three groups of vertical axis, horizontal axis and spiral axis. The vertical axis turbines are more suitable because of advantages such as lack of dependence on wind direction, cost of making and designing cheap, dimensions and weight suitable for urban consumption, and one of the most suitable types of wind turbine is the vertical axis of Daunius, which is necessary to be suitable. That turbine function is at low wind speed. The aim of this project was to study the parameters of turbine design for maximum power, including torque, torque, power and power factor at low wind speed, as a result of changes in the spacing of the blades from the turbine center and the angle variations of the blades. The geometry of the blade design has a semi-circular floor and ceiling, and is used to build a 3D printer device to increase the precision of construction, and has a very light weight. The height of the blade is H=20(cm), the length of the blade L=14(cm) and the width of the blade W=7(cm), and the turbine is in diameter D=28(cm), D=54(cm), D=80(cm) and at the angle of attack β=0◦ =, β=+30◦, β=-30◦, β=+60◦ and β=-60◦ Experimentally tested and quantified in Ansys Fluent 15.0 software using the turbulence method k-ε standard field The flow around the turbine has been solved, which is in good agreement with experimental results. The turbine dynamic torque at constant speeds and in the speed ratio of the tip of the blade TSR = 0.7-0.1and the static torque of the turbine at five turbine angles Θ=0◦, Θ=30◦, Θ=60◦, Θ=90◦, Θ=120 in a wind tunnel with a uniform flow in five wind speeds measured. After the experiments, it has been observed that increasing the spacing of the blade from the turbine center has increased the dynamic, static and turbine output torque, and reduced the torque and power of the blade to the shaft. Dynamic torque at the positive and negative angles of 60◦ is greater than the angle of attack 0◦ and the dynamic torque in the angle of attack is positive and negative 30◦ is less than the angle of attack ◦0. The maximum power is related to the angle of attack of -60 ◦, then +60◦ and then 0◦. The maximum power was very low with respect to the angle of attack 0◦, then -30◦ and then +30◦.