22701

طراحي و ساخت يك توربين محور عمودي ساونيوس و شبيه سازي اثر تعداد دريچه هاي بازشونده و نحوه بازشوندگي آن ها بر ضريب توان و گشتاور همراه با تحليل اقتصادي و زيست محيطي با نگرش سيستمي

كارشناسي ارشد

سيستم هاي انرژي

1397-1399

1399/06/30

دكتر ميثم فرج الهي

فناوري هاي نوين

انرژي بادي به عنوان يكي از قابل اعتماد ترين انواع انرژي جهت كاهش گازهاي گلخانه اي و تامين انرژي پايدار داراي پيشينه اي كهن بوده كه در چند دهه اخير به منظور ساخت نيروگاه هاي عظيم استفاده از آن رونق چشمگيري داشته است. اين امر موجب شده تا مطالعات زيادي روي انواع توربين هاي بادي، روش هاي بهينه سازي و بهبود عملكرد آنها انجام شود. هدف اصلي اين تحقيق، طراحي نمونه اي متفاوت با توربين هاي محور عمودي رايج ميباشد به گونه اي كه عملكرد آن به نحوي باشد كه قابليت رقابت با ساير سيستم هاي متداول تامين انرژي جهت استفاده در محيط هاي شهري را داشته باشد. بنابراين در اين پژوهش تلاش بر اين است كه با شناخت ويژگي هاي هندسي توربين ساونيوس و اعمال ايده هاي مناسب از جمله به كارگيري تعداد پره هاي بهينه ، تعيين مناسب ترين ابعاد توربين، استفاده يا عدم استفاده از صفحات بالا و پايين، يافتن نسبت همپوشاني بهينه و ... يك نمونه اوليه ساخته شود تا در ادامه با مطالعه بر روي آن و اعمال ايده استفاده از دريچه در جهت بهبود عملكرد اين نوع از توربين ها اقدام گردد. بدين منظور پژوهش حاضر به سه بخش كلي تقسيم ميگردد. 1) شبيه سازي اوليه و بررسي پارامترهاي هندسي در بستر نرم افزاري ANSYS Workbench و استفاده از حلگر CFX جهت يافتن هندسه بهينه جهت ساخت نمونه اوليه. 2) طراحي و ساخت نمونه اوليه برمبناي نتايج بخش اول و محدوديت هاي ساختاري، آناليز اقتصادي و زيست محيطي نمونه ساخته شده. 3) شبيه سازي ثانويه با اعمال ايده استفاده از دريچه جهت بهبود عملكرد توربين و بررسي اثر تعداد، نحوه و ميزان بازشوندگي دريچه بر ضريب گشتاور توربين . نتايج بدست آمده از بخش اول، توربين دو پره با نسبت همپوشاني 0.3 و با وجود صفحات انتهايي را به عنوان توربين بهينه معرفي نمود. پس از ساخت توربين در بخش دوم هزينه واحد انرژي براي توربين ساخته شده به صورت ميانگين در شهر تهران معادل 4500 تومان به ازاي هر كيلووات ساعت بدست آمد و از منظر زيست محيطي با انتشار 6.8 كيلوگرم كربن دي اكسيد دوست دار محيط زيست ميباشد. در بخش سوم نيز ضمن بررسي پيكربندي هاي مختلف، پيكربندي دريچه پاد ساعتگرد محدود شونده با زاويه باشوندگي 45 درجه با افزايش 8.02 درصدي ضريب گشتاور نسبت به حالت عادي بهترين عملكرد را نشان داد.

1399/07/14

Design and Fabrication of Savonius Wind Turbine and simulation of the effect of valves opening methods and numbers on power and torque coefficient with system environmental and economic analysis

9/20/2020 12:00:00 AM

Wind energy as one of the most reliable types of energy for reducing greenhouse gases and providing sustainable energy has an ancient history that in recent decades its use has grown significantly in the construction of enormous power plants. This has led to many studies to be conducted on different types of wind turbines, their optimization methods, and the improvement of their performance. The main purpose of this research is to design a different model from conventional vertical axis turbines so that its performance is such that it can compete with other conventional power supply systems for use in urban environments. Therefore, in this study, efforts are concentrated on identifying the geometrical properties of savonius wind turbine and applying appropriate ideas such as using the optimum number of blades, determining the optimal wind turbine dimensions, using or not using the top and bottom plates, finding the optimum overlap ratio, etc. to create a prototype to study on it and apply the idea of using valves to improve the performance of this type of turbine. To this end, the present study is divided into three general sections: 1) Simulation and analysis of the geometric parameters in the ANSYS Workbench software and using CFX solver to find the optimal geometry for prototype construction. 2) Design and construction of the prototype based on the results of the first step and the structural constraints, economic and environmental analysis of the prototype. 3) A secondary simulation by applying the idea of using the valve to improve the performance of the turbine and investigating the effect of the number, method and amount of valve opening on the turbine torque coefficient. The results obtained from the first part showed that a two-bladed turbine with an overlap ratio of 0.3 and with the presence of end-plates as the optimal turbine. After the construction of the turbine in the second part, the average unit cost of energy for the built turbine in Tehran was equal to 4500 Tomans per kilowatt-hour and from an environmental point of view with the release of 8.6 kg of carbon dioxide is environmentally friendly. In the third part, while examining different configurations of the turbine’s blades, the configuration of the limiting anti-clockwise valve with a 45-degree angle with an increase of 8.02% of the torque coefficient compared to the normal mode showed the best performance.