25486

بهينه‌سازي مقطع بال جغد به‌منظور بهبود عملكرد آيروديناميكي در رينولدزهاي بالاتر و طراحي پره توربين باد با مقطع بهينه‌شده

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا- آيروديناميك

1397

29/11/1399

دكتر محمد حسن شحاعي فرد

مهندسي مكانيك

پيشرفت فناوري‌ها و افزايش روزافزون نياز براي انرژي الكتريكي و همچنين هشياري اجتماعي نسبت به انرژي‌هاي تجديد پذير توربين‌هاي بادي را به گزينه‌اي محبوب و پراستفاده تبديل كرده است. از طرفي الهام از طبيعت در صنايع هوايي و توربوماشين¬ها امري مرسوم است. مقطع بال جغد شاخ‌دار به دليل داشتن برتري‌هاي آيروديناميكي در رينولدزهاي پايين و سركوب نويز به‌خوبي شناخته‌شده است. بااين‌وجود اين نوع از ايروفويل از منظر عملكرد آيروديناميكي در رينولدزهاي بالا داراي نقص هستند. در اين پايان‌نامه به دنبال بهبود عملكرد آيروديناميكي مقطع بال جغد از طريق بهينه‌سازي‌هاي هندسي بوده‌ايم. بعد از استخراج معادله‌ي سطح، با كوپله نمودن نرم‌افزارهاي برنامه‌نويسي متلب با نرم‌افزار حل¬گر XFOIL براي رينولدز 106 و زاويه حمله‌ي صفر بهينه‌سازي انجام‌شده است. در اين پايان‌نامه از الگوريتم بهينه‌سازي فرا ابتكاري ژنتيك هيبريدشده با الگوريتم فرا ابتكاري ازدحام ذرات استفاده كرده‌ايم. نتايج با استفاده از حل¬گر تجاري انسيس فلوئنت اعتبارسنجي شده‌اند و تطابق بسيار بالايي به‌دست‌آمده است. درنهايت با استفاده از ايرفويل به‌دست‌آمده و نرم‌افزار طراحي و بهينه‌سازي و تحليل پره‌هاي توربين بادي QBlade مبتني بر ايرفويل جغد شاخ‌دار و ايرفويل بهينه‌شده دو پره‌ي توربين باد طراحي‌شده و تأثير اين مقطع بهينه‌شده در محيطي سه‌بعدي و براي كاربردهاي عملي در توربين‌هاي باد محور افقي بررسي‌شده است. نتايج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده بهبود چشم‌گير در وضعيت دوبعدي نسبت به مقطع اصلي (مقطع بال جغد) و حتي نسبت به ايرفويل NACA 4412 هستند.

1400/08/09

Optimization Of Long Earn Owl’s Wing Section For Aerodynamical Performance Improvement In Higher Reynolds And Design A Blade Using Optimized Airfoil

2/18/2022 12:00:00 AM

Technological advances, increase in electrical energy demand and Society awareness about renewable energy has made wind turbines a popular and widely used option. In other hand Inspiration from nature in aerospace industry and turbo-machines is well established. It is well know that long earn owl’s wing section has aerodynamic superiority and noise cancelation. However this type of airfoil in high Reynolds Flows has a lot of defects. In this thesis we have looked for aerodynamic improvements through shape optimization. We used CST for geometric parameterization. After derivation of geometry parameters of long earn owl’ wing section we were developed an optimization hybrid algorithm that consist of GA and PSO. The Baseline airfoil was optimized in 0 angle of attack and Reynolds number of 1000000. Therefore an interface between Flow Solver (XFoil) and main loop of Optimization was developed. Results from XFoil and Ansys was compared and good consistency was obtained. Finally we design two wind turbine blade using BEM code and Qblade software. One blade used optimized airfoil, the other used owl airfoil. The Blades was optimized with optimization sub-module of Qblade. Then effects of this optimized airfoil in 3D environment as wind turbine blade obtained and compare with other blades. Results showed incredible improvement in compare of baseline airfoil and commercial airfoil (et. NACA 4412).

بهينه‌سازي , ايرفويل , XFoil , الگوريتم بهينه‌سازي ژنتيك , الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات

Optimization , Airfoil , Xfoil , Genetic Optimization Algorithm , Particle Swarm Optimization