20086

۲۰۰۸۶

مطالعه تجربي و عددي پارامترهاي موثر بر عملكرد توربين جزر و مدي عمود محور

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

۹۴-۹۷

۱۳۹۷/۶/۳۱

دكتر شهرام درخشان هوره

دكتر مهدي مقيمي

مكانيك

گسترش روزافزون نياز به انرژي، محدوديت منابع فسيلي، آلودگي زيست محيطي ناشي از سوختن مواد فسيلي، گرم شدن هوا و ديگر عوامل سبب روي آوردن بازار انرژي به سمت انرژي‌هاي تجديد پذير شده است. يكي از انواع اين انرژي‌ها، انرژي عظيم موجود در جريان‌هاي دريايي است كه منشاء ايجاد اين انرژي عمدتا جزر و مد ناشي از بر هم كنش بين جاذبه ماه و خورشيد و زمين است. توربين‌هاي جزر و مدي بر اساس محور دوران خود به دو دسته محور افقي و محور عمودي تقسيم مي‌شوند. در اين پژوهش به بررسي پارامترهاي موثر هيدروديناميك جريان در يك توربين جزر و مدي محور عمودي پرداخته شده است. در اين تحقيق ابتدا توربين هانتر در يك مقياس 20/1 ساخته شده و در محيط آزمايشگاهي مورد مطالعه تجربي قرار گرفته و سپس با استفاده از حل گذرا مورد شبيه‌سازي قرار گرفته است. شبيه‌سازي در دو شرايط غياب سطح آزاد و حضور آن به انجام رسيده است و از مدل آشفتگي SST k-ω براي هر دو آناليز و روش حجم سيال براي مدل‌سازي سطح آزاد بهره گرفته شده است. داده‌هاي آزمايشگاهي و نتايج شبيه‌سازي سطح آزاد نشان مي‌دهد ضريب قدرت ماكزيمم حدود 21 درصد است و در ضريب جريان بين 0.4 تا 0.43 اتفاق مي‌افتد. همچنين با افزايش نسبت عمق به طول توربين و يا كاهش عدد فرود بر مبناي طول توربين ضريب قدرت افزايش مي‌يابد. شبيه‌سازي در غياب سطح آزاد نشان مي‌دهد با افزايش ضريب انسداد، ضريب قدرت افزايش مي‌يابد به شكلي كه ضريب قدرت در ضريب انسداد 0.32 حدود 4 برابر ضريب قدرت در ضريب انسداد 0.2 است. واژه‌هاي كليدي: توربين جزر و مدي، سطح آزاد، ضريب قدرت، ضريب جريان

1397/11/15

Experimental and numerical study of the parameters Affecting the Performance of a vertical axis tidal turbine

9/22/2019 12:00:00 AM

Ever increasing energy consumption, limited fossil fuel resources, pollution, climate change and other pressing factors have encouraged the energy market to shift to renewable energy sources. One of these sources is the vast energy present in sea currents, which is supplied through the tidal rise and fall caused by the interaction between earth, sun and moon’s gravity fields. Tidal turbines can be classified as either vertical or horizontal based on their rotation axis. The present investigation concerns parameters that affect flow hydrodynamics in a vertical-axis tidal turbine. A 1:20 Hunter turbine model was manufactured and investigated in a laboratory followed by transient solution simulations. The simulation was carried out for both rigid lid surfaces and free surface assumptions while SST k-ω turbulence model was used for both cases and volume of fluid method was employed for the free surface model. Empirical data and simulation results show that maximum power coefficient was 21 percent which occurs at a flow coefficient between 0.4 and 0.43. Furthermore, increasing depth to height ratio or decreasing turbine height based Froude number, results in an increasing power coefficient. Rigid lid surface simulation shows that increasing blockage ratio also increases power coefficient such that power coefficient at blockage ratio 0.32 is approximately 4 times larger than power coefficient at blockage ratio 0.2. Keywords: Tidal turbine, Free surface, Power coefficient, Flow coefficient