25859

شبيه سازي و اعتبارسنجي در راستاي بهبود عملكرد توربين بادي محور عمودي گورلوف

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

99-00

1400/3/31

دكتر محمد اخلاقي

دكتر مهدي مقيمي

مهنذسي مكانيك

افزايش روز افزون مصرف انرژي و محدوديت در منابع فسيلي در كنار مسائل زيست محيطي مانند توليد CO2 نگرش به منابع انرژي تجديدپذير را بيشتر كرده است. در اين ميان انرژي باد به عنوان يكي از منابع تجديد پذير مرسوم شناخته شده است. در اين راستا طي سه دهه گذشته كاربرد توربين هاي بادي به طور گسترده اي افزايش يافته است. در ابتداي امر انرژي باد در توربين‌هاي بادي محور افقي مورد التفات قرار گرفته وليكن طي دو دهه گذشته با اعمال مطالعات تجربي اذعان شده است كاربرد توربين‌هاي محور عمودي يك ايده بسيار مناسب به منظور بهره برداري از انرژي باد است. به كار گيري توربين بادي محور عمودي زماني رجحان مي‌يابد كه نصب توربين‌هاي بادي محور افقي با محدوديت‌هايي توام باشد. توربين عمود محور مارپيچ گورلوف يكي از انواع توربين‌هاي بادي محور عمودي به شمار مي‌آيد. توربين مزبور قابليت آن را دارد در مواجهه با يك جريان باد موثر مطلوب توان قابل ملاحظه اي را ايجاد نمايد. توربين عمود محور گورلوف در گذشته به عنوان يك توربين آبي مطرح بوده است. مطالعات به عمل آمده مبين آن است كه توربين مزبور هرگاه با سيال عامل باد نيز دوران نمايد قابليت آن را دارا است كه بازدهي مطلوبي را نيز ارائه نمايد. در پژوهش حاضر كاربرد توربين عمود محور گورلوف به عنوان يك توربوماشين توليد كننده توان كه با جريان باد توليد توان محوري مي‌نمايد، مورد بررسي قرار گرفته است. در اين مطالعه ضريب توان به عنوان يكي از موثر ترين پارامترهاي توربين عمود محور گورلوف كه درواقع مبين بازدهي توربين مي‌باشد، مورد ارزيابي قرار گرفته است. در اين راستا مقادير ضريب توان در سرعت هاي زاويه‌اي مختلف با استفاده از مباني ديناميك سيالات محاسباتي مورد بررسي گرفته و نتايج حاصله از مطالعات عددي با نتايج تجربي مورد مقايسه قرار گرفته است. با مقايسه نتايج موجود و استناد به مصرحات مطالعات پيشينيان دلايل مختلف وقوع افت‌هاي گوناگون حاكم و كاهش تحصيل بازدهي بيشينه با مداقه قابل ملاحظه مورد التفات قرار گرفته است. آنچه از نتايج مستفاد گرديده، مبين آن است كه وقوع جريان‌هاي آشفته و افت‌هاي انرژي پاينن دست جريان سيال عبوري باعث كاهش قابل ملاحظه‌ي ضريب توان مي‌گردد. مطالعات عددي نشان داده است كه ميزان بيشينه مطلوب ضريب توان زماني قابل دسترس خواهد بود كه ناپايداري‌هاي ايروديناميكي در روي و انتهاي پروفيل پره‌هاي توربين عمود محور گورلوف به حداقل ميزان ممكنه برسد. شايان ذكر است كه همچنين ابعاد توربين و سطح جاروب شده توسط پره‌ها به عنوان يك پارامتر حياتي در تامين مقدار توان بيشينه و بازدهي حداكثري مورد التفات قرار گرفته است. در اين راستا مقادير بازدهي دو توربين مختلف مورد مقايسه و ارزيابي قرار گرفته است.

1400/09/29

Simulation and validation in order to improve the performance of Gorlov vertical axis wind turbine

6/21/2022 12:00:00 AM

Increasing energy consumption and restrictions on fossil fuels, along with environmental issues such as CO2 production, have increased attitudes toward renewable energy sources. Meanwhile, wind energy is known as one of the conventional renewable sources. In this regard, the use of wind turbines has increased widely over the past three decades. Initially, wind energy was considered in horizontal axis wind turbines, but over the past two decades, experimental studies have recognized that the use of vertical axis turbines is a very good idea to exploit wind energy. The use of vertical axis wind turbines is preferred when the installation of horizontal axis wind turbines is limited. Gorlov helical vertical axis turbine is one of the types of vertical axis wind turbines. The turbine has the ability to generate significant power in the face of an optimal wind flow. Gorlov vertical axis turbine has been considered as a water turbine in the past. Studies have shown that the turbine has the ability to provide good efficiency whenever it rotates with the wind flow. In the present study, the application of Gorlov vertical axis turbine as a power generating turbo machine that generates axial power with wind flow has been investigated. In this study, the power coefficient has been evaluated as one of the most effective parameters of the Gorlov vertical axis turbine, which actually indicates the efficiency of the turbine. In this regard, the power factor values at different angular velocities have been studied using the basics of computational fluid dynamics and the results of numerical studies have been compared with experimental results. By comparing the available results and citing the findings of previous studies, various reasons for the occurrence of various failures and reducing the maximum efficiency have been considered with considerable accuracy. What has been used from the results is that the occurrence of turbulent flows and energy losses downstream of the flowing fluid significantly reduces the power coefficient. Numerical studies have shown that the optimum maximum power factor will be available when the aerodynamic instabilities at the top and bottom of the profile of the Gorlov vertical axis turbine blades are minimized. It is worth noting that the dimensions of the turbine and the surface swept by the blades have also been considered as a critical parameter in providing the maximum power and maximum efficiency. In this regard, the efficiency values of two different turbines have been compared and evaluated.

انرژي تجديد پذير , توربين بادي , توربين عمود محور گورلوف , ضريب توان , نسبت سرعت نوك پره , جريان هاي آشفته

Renewable energy , ,wind turbine , Gorlov vertical axis turbine , power coefficient , tip speed ratio , turbulent flows