شبیه سازی سه بعدی توربین کروی لوسید و بررسی تاثیر پارامترهای مختلف پره ها بر عملکرد آن

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

10.22044/jsfm.2022.9993.3346

چکیده

در پژوهش حاضر تحقیق بر روی توربین کروی لوسید از دسته توربین های جریان متقاطع انجام شده است. از شبیه سازی سه بعدی پایا جهت ارزیابی قدرت خروجی و عملکرد این نوع توربین در یک کانال با سرعت جریان کم استفاده شده است. از مدل آشفتگی k-ω SST جهت جریان آشفته اطراف توربین استفاده شده است. از نتایج تجربی باچانت و وزنیک گزارش شده برای توربین کروی لوسید، برای تایید صحت شبیه‌سازی‌ها استفاده شده است. اثر سه پارامتر موثر بر عملکرد توربین شامل تعداد ، طول وتر و نوع مقطع پره ها در دامنه‌ای از نسبت سرعت های نوک پره مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش طول وتر پره در نسبت سرعت های کمتر باعث افزایش 15 درصدی ضریب توان توربین نسبت به نوع اصلی آن می شود. همچنین در توربین با سه پره بهترین نتایج به دست آمد که منجر به افزایش ضریب توان به اندازه 12.5درصد شده است. نهایتا بدست آمد که استفاده از ایرفویل های نامتقارن تاثیر مثبتی بر روی عملکرد توربین دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] Mazharul-Islam D, Ting SK, Fartaj A (2007) Aerodynamic models for Darrieus-type straight-bladed vertical axis wind turbines. Department of Mechanical, Automotive and Materials Engineering, University of Windsor, Windsor, Ont., Canada N9B 3P4.
[2] Guliver JS (1991) Hydropower engineerin handbook roger e. a.arndt mc graw-hil inc.
[3]Antheaume S, Maitre T, Achard J (2008) Hydraulic darrieus turbines eficiency for free fluid flow conditions versus power farms conditions. Renewable Energy 33(10): 2186..
 [4] Templin RJ (1974) Aerodynamic performance for NRC vertical axis wind turbine. NAE report LTR-LA-160 June.
[5] Glauert H (1948) The elements of airfoil and airscrew theory. 2nd edn. Cambridge University Press.
 [6] Brada K (1999) Wasserkraftschnecke ermöglicht Stromerzeugung über Kleinkraftwerke [Hydraulic screw generates electricity from micro hydropower stations]. Maschinenmarkt Würzburg, Mitteilung 14: 52-56.
[7] Anders G, Olov Å (2013)  Simulations of a vertical axis turbine in a channel. Uppsala University, Ångström Laboratory, Division of Electricity, Box 534, 751 21 Uppsala, Sweden.
[8] Baker J (2012) Features to aid or enable self-starting of fixed pitch low solidity vertical axis wind turbines. In Wind Engineering 1983 3C: Proceedings of the Sixth International Conference on Wind Engineering, Gold Coast, Australia, March 21-25, And Auckland, New Zealand.
[9] Kai Shimokawa A, Akinori Furukawa B, Kusuo Okuma B, Daisuke Matsushita B, Watanabe S (2012) Experimental study on simplification of Darrieus-type hydro turbine with inlet nozzle for extra-low head hydropower utilization. Renew Energ 41: 376-382.
[10] Maître TA, Amet EB, Pellone C (2013) Modeling of the flow in a Darrieus water turbine: Wall grid refinement analysis and comparison with experiments. Renew Energ 51: 497-512.
[11] McNaughton J, Billard FN, Revell A (2014)  Turbulence modelling of low Reynolds number flow effects around a vertical axis turbine at a range of tip-speed ratios. J Fluid Struct 47: 124-138.
[12] Pongduanga S, Kayankannaveeb C, Tiaple Y (2015) Experimental investigation of helical tidal turbine characteristics with different twists. Enrgy Proced 79: 409-414.
[13] Bachant P, Wosnik M (2015) Performance measurements of cylindrical- and spherical helical cross-flow marine hydrokinetic turbines, with estimates of exergy efficiency. Renew Energ 74: 318-325.
[14] Priegue L, Stoesser T (2017) The influence of blade roughness on the performance of a vertical axis tidal turbine. Int J Mar Energy 17: 136-146.
[15] Tahadjodi-Langroudia A, Zare Afifia F, Heyrani Nobarib A, Najafia AF (2020) Modeling and numerical investigation on multi-objective design improvement of a novel cross-flow lift-based turbine for in-pipe hydro energy harvesting applications. Energy Convers Manag 203: 11223.
[16] Gorlov AM (2014) Unidirectional helical reaction turbine operable under reversible fluid flow for power systems. Google Patents.
[17] Council WWE (2002) Renewable energy sources: Opportunities and constraints 1990-2020. World Energy Council, London
[18] ساغریچی ا، مغربی م ج، عرب گلارچه ع (1395) بررسی جریان و ضریب گشتاور توربین بادی داریوس بر حسب تغییرات زاویه گام و نسبت سرعت نوک پره. نشریه علمی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 191-173 :(4)6.          
[19] Paraschivoiu I (2002) Wind turbine designe with emphesis on darreius concept handbook.
[20] روشن ا، مغربی م ج (1395) بهبود عملکرد توربین بادی ترکیبی داریوس–ساوانیوس. نشریه علمی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 212-195 :(3)6.
[21] Nobile R, Vahdati M, Janet F. Barlow, Mewburn-Crook A (2014) Unsteady flow simulation of a vertical axis augmented wind turbine: A two-dimensional study. J Wind Eng Ind Aerodyn 125 168-179.
 [22] Menter F (1994) Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J 32: 1598.
[23] Lima N, Vargas O, Patrícia L, Hallak H (2020) Study of mesh refinement on the aerodynamic coefficients for NACA2412 profile with different angle of attack and k-w turbulence model. Revista Mundi Engenharia, Tecnologia E Gestão 5(2): 216(01)-216(12).