شماره ركورد
34485
پديد آورنده
آرمين فرويزي
عنوان
مدل سازي و بهينه سازي توربين باد محور قائم با پره مارپيچ
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1404/11/06
استاد راهنما
سپهر صنايع
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
توربينهاي بادي محور عمودي با پرههاي مارپيچ در مناطق شهري مورد توجه قرار گرفتهاند، زيرا مستقل از جهت وزش باد مي باشند و همچنين توليد صداي اندكي دارند. علي رغم داشتن مزايايي مانند خودراهاندازي مناسب و عملكرد يكنواخت، بهينهسازي اين نوع توربين تاكنون در ادبيات علمي گزارش نشده است و نوآوري اين رساله ميباشد. در رساله حاضر از سه روش تاگوچي، سطح پاسخ و شبكه عصبي مصنوعي- الگوريتم ژنتيك براي اولين بار به منظور بهينه سازي توربين باد محور قائم با سه پره مارپيچ استفاده شده است كه هريك از سه روش به طور مجزا با روش ديناميك سيالات محاسباتي سه بعدي تركيب شده اند تا عمل بهينه سازي به طور مناسب انجام گردد كه ارائه دهنده نوآوري هاي ديگر رساله حاضر مي باشند.
نسبت سرعت لبه پره به سرعت جريان آزاد باد ، زاويه مارپيچ و طول وتر ايرفويل به عنوان متغيرهاي طراحي و ضريب توان متوسط توربين باد محور قائم با پره مارپيچ به عنوان تابع هدف در هرسه روش بهينه سازي در نظر گرفته شدند. مقادير بهينه طول وتر ايرفويل، زاويه مارپيچ و نسبت سرعت لبه پره به سرعت جريان آزاد باد كه از روش شبكه عصبي مصنوعي-الگوريتم ژنتيك به دست آمدند به ترتيب برابر با 42/0 متر، 30 درجه و 4/1 مي باشند. مقدار ضريب توان متوسط توربين مارپيچ در نقطه بهينه برابر با 185/0 بود كه نسبت به مقدار اوليه 058/0، افزايش 218 درصدي را نشان ميدهد. علاوه بر اين، عملكرد توربين باد محور قائم با سه پره مارپيچ در حالت بهينه منتخب با توربين باد محور قائم با پره هاي صاف تحت شرايط عملكردي و هندسي يكسان مقايسه شد. با مقايسه عملكرد دو توربين در شرايط خودراهاندازي، مشخص شد كه ضريب گشتاور متوسط توربين باد محور قائم با سه پره مارپيچ در حالت پايا 03/22 درصد بيشتر از ضريب گشتاور متوسط توربين باد محور قائم با پرههاي صاف است. بنابراين، توربين باد محور قائم با سه پره مارپيچ عملكرد بهتري نسبت به توربين باد محور قائم با پره هاي صاف در شرايط خود راه اندازي دارد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/12
عنوان به انگليسي
Modeling and optimizing of a vertical axis wind turbine with helical blades
تاريخ بهره برداري
1/26/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ارمين فرويزي
چكيده به لاتين
Vertical-axis wind turbines (VAWTs) with helical blades have attracted considerable attention for urban applications due to their independence from wind direction and their low acoustic emissions. Despite advantages such as good self-starting capability and relatively uniform performance, the optimization of this type of turbine has not yet been reported in the scientific literature, which constitutes the main novelty of this dissertation. In the present study, for the first time, three optimization methods—namely the Taguchi method, Response Surface Methodology (RSM), and an Artificial Neural Network coupled with a Genetic Algorithm (ANN–GA)—are employed to optimize a three-bladed helical vertical-axis wind turbine. Each of these optimization techniques is independently coupled with three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations to ensure an accurate and reliable optimization process, representing additional novel contributions of this dissertation.
The tip speed ratio, helical angle, and airfoil chord length are selected as the design variables, while the average power coefficient of the helical vertical-axis wind turbine is considered as the objective function in all three optimization approaches. The optimal values of the airfoil chord length, helical angle, and tip speed ratio obtained using the ANN–GA method are 0.42 m, 30°, and 1.4, respectively. At this optimal point, the average power coefficient of the helical turbine reaches 0.185, which represents a 218% increase compared to the initial value of 0.058.
Furthermore, the performance of the optimized three-bladed helical vertical-axis wind turbine is compared with that of a straight-bladed vertical-axis wind turbine under identical geometric and operating conditions. The comparison under self-starting conditions reveals that the average torque coefficient of the helical vertical-axis wind turbine in steady-state operation is 22.03% higher than that of the straight-bladed vertical-axis wind turbine. Therefore, the three-bladed helical vertical-axis wind turbine demonstrates superior
كليدواژه هاي فارسي
توربين باد محورقائم با سه پره مارپيچ , ديناميك سيالات محاسبات سه بعدي , روش تاگوچي , روش سطح پاسخ , شبكه عصبي مصنوعي , الگوريتم ژنتيك , بهينه سازي
كليدواژه هاي لاتين
Vertical-Axis Wind Turbine with Three Helical Blades (VAWT-3-HB) , Three-Dimensional Computational Fluid Dynamics (3D CFD) , Taguchi Method , Response Surface Methodology (RSM) , Artificial Neural Network , Genetic Algorithm , Optimization
Author
Armin Farvizi
SuperVisor
Sepehr sanaye