بهبود عملکرد توربین بادی ترکیبی داریوس- ساونیوس

نوع مقاله: طرح پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

توربین های بادی داریوس و ساونیوس که از جمله توربین های بادی محور عمودی محسوب می شوند، به دلیل طراحی ساده و عدم وابستگی به جهت باد، موردتوجه محققان قرارگرفته اند. توربین داریوس باوجود بازده بالاتر نسبت به ساونیوس، با مشکل اساسی راه اندازی خودکار روبرو است. هدف از مطالعه حاضر، ترکیب توربین داریوس با ساونیوس، جهت دست یابی به مدلی با گشتاور راه اندازی و محدوده عملکرد مناسب، است. ابتدا یک مدل شامل سه پره داریوس از نوع مستقیم و دو پره ساونیوس، شبیه سازی می گردد و به منظور بهبود عملکرد، زاویه ی کمان پره های ساونیوس و صلبیت پره های داریوس تغییر می یابند. با دستیابی به زاویه ی کمان و صلبیت بهینه و ترکیب آن ها، قابلیت مدل ترکیبی اولیه بهبود داده می شود. شبیه سازی به صورت دو بعدی و با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی انجام پذیرفته و برای چرخش توربین از شبکه بندی متحرک، استفاده شده است. مطابق با نتایج، ترکیب توربین داریوس با ساونیوس تأثیر مطلوبی بر راه اندازی خودکار و یکنواخت کردن منحنی عملکرد توربین دارد. همچنین مشاهده گردید که صلبیت 0/75 برای ایرفویل و زاویه 150 درجه برای کمان پره ی ساونیوس، حالت های بهینه شده از نظر بیشینه ضریب توان، گشتاور راه اندازی و محدوده عملکرد می باشند که با بهره گیری هم زمان، مدل ترکیبی با حداکثر عملکرد به-دست می آید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Tummala A, Velamati RK, Sinha DK, Indraja V, Krishna VH (2016) A review on small scale wind turbines. Renew Sustainable Energy Rev 56: 1351-1371.

[2] Leung DYC, Yang Y (2012) Wind energy development and its environmental impact: A review. Renew Sustainable Energy Rev 16: 1031-1039.

[3] Mahale P, Jangid N, Gite A (2015) Vertical axis wind turbine: A lucid solution for global small scale energy crisis. J Academia Ind Res 3(8): 393-396.

[4] Islam M, Ting DSK, Fartaj A (2008) Aerodynamic models for Darrieus-type straight-bladed vertical axis wind turbines. Renew Sustainable Energy Rev 12: 1087-1109.

[5] Bos R (2012) Self-starting of a small urban Darrieus rotor. Delft University of Technology.

[6] Saha UK, Rajkuma MJ (2006) On the performance analysis of Savonius rotor with twisted blades. Renew Energy 31(11): 1776-1788.

[7] Amiri M, Kahrom M, Kianifar A (2015) Numerical and experimental investigation on effects of the primary and Secondary overlaps on the performance of Savonius wind turbine. Modares Mech Eng 15(6): 123-131.

[8] Ghosh P, Kamoji MA, Kedare SB, Prabhu SV (2009) Model testing of single- and threestage modified Savonius rotors and viability study of modified Savonius pump rotor systems. Int J Green Energy 6(1): 22-41.

[9] Takao M, Kuma H, Maeda T, Kamada Y, Oki M, Minoda M (2009) A straight-bladed vertical axis wind turbine with a directed guide vane row-Effect of guide vane geometry on the performance. J thermal Sci 18(1): 54-57.

[10] McLaren K, Tullis S, Ziada S (2012) Measurement of high solidity vertical axis wind turbine aerodynamic loads under high vibration response conditions. J Fluid Struct 32: 12-26.

[11] Miau JJ, Liang SY, Yu RM, Hu CC, Leu TS, Cheng JC, Chen SJ (2012) Vertical-axis wind turbine with pitch control. App Mech Materials 225: 338-343.

[12] Beri H, Yao Y (2011) Effect of Camber Airfoil on Self Starting of Vertical Axis Wind Turbine. J Environ Sci Technol 4(3): 302-312.

[13] Mohamed MH (2013) Impacts of solidity and hybrid system in small wind turbines performance. Int J Energy 57: 495-504.

[14] Gupta R, Das R, Sharma K (2006) Experimental study of a Savonius-Darrieus wind machine. Proceedings of the International Conference on Renewable Energy for Developing Countries, University of Columbia, Washington DC.

[15] Gupta R, Biswas A, Sharma KK (2008) Comparativ study of three-bucket Savonius turbine with combined three-bucket-Savonius-three-bladed-Darrieus turbine. Int J Renew Energy 33: 1974-1981.

[16] Bhuyan S, Biswas A (2014) Investigations on self-starting and performance characteristics of simple H and hybrid H-Savonius vertical axis wind rotors. Energ Convers Manage 87: 859-867.

[17] Narasimhamurthy VD (2004)Unsteady-RANS simulation of turbulent trailing-edge flow. Chalmers University of Technology, Goteborg.

[18] Rogowski K, Maronski R (2015) CFD computation of the savonius rotor. J Theor appl mech 53(1): 37-45.

[19] Jones WP, Launder BE (1972) The Prediction of laminarization with atwo- equation model of turbulence. J Heat mass transfer 15: 301-314.

[20] Wilcox DC (1998) Turbulence modeling for CFD. 2nd edn. DCW Industries, California 174-180.

[21] Menter FR (1994) Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J 32(8): 1598-1605.

[22] Lanzafame R, Mauro S, Messina M (2014) 2D CFD modeling of H-Darrieus wind turbines using       a transition turbulence model. J Energy Procedia 45: 131-140.

[23] Castelli M, Englaro A, Benini E (2011) 2D CFD modeling of H-Darrieus wind turbines using a transition turbulence model. J Energy 36: 4919-4934.

[24] Blackwell BF, Sheldahl RE, Feltz LV (1977) Wind tunnel performance data for two-and three-bucket Savonius rotors. Sandia Laboratories, Albuquerque, NM.

[25] Howell R, Qin N, Edwards J, Durrani N (2010) Wind tunnel and numerical study of a small vertical axis wind turbine. Renew energy 35(2): 412-422.