بررسی عددی عملکرد اثرات میله نصب شده در جلو پره توربین بادی عمود محور با مقطع پره نامتقارن

نوع مقاله : طرح پژوهشی

نویسندگان

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

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

چکیده

توربین داریوس مبتنی بر نیروی برآ است که به دلیل طراحی ساده و عدم وابستگی به جهت باد مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این پژوهش اثر میله نصب شده جلو لبه حمله پره بر عملکرد آیرودینامیکی توربین مورد بررسی قرار گرفته شده است و پارامترهای مختلفی از جمله ضریب گشتاور و ضریب توان مورد مطالعه عددی قرار می گیرد. از نرم ‌افزار انسیس فلوئنت به منظور شبیه سازی توربین استفاده شده است. علاوه بر این، از روش دینامیک سیالات محاسباتی به صورت دو بعدی و همچنین از مدل آشفتگی k-ω SST بهره گرفته شده است. با توجه به نتایج، وجود میله با ایجاد تاخیر در جدایش جریان، موجب افزایش گشتاور و توان توربین شده است. این پدیده در پره متقارن، باعث افزایش گشتاور در نسبت سرعت های نوک بالا در محدوده 5/2تا 5/3 می شود که افزایش ضریب توان را در پی دارد. همچنین وجود میله سبب افزایش 23 درصدی ضریب توان تولیدی در نسبت سرعت نوک پره 2/3 در مقایسه با حالت بدون میله شده است و نسبت سرعت بهینه از 7/2 به 2/3 منتقل می شود که به افزایش بازده توربین می انجامد. استفاده از میله در جلوی پره های نامتقارن علاوه بر رفع مشکل بازدهی کم توربین عمود محور نوع داریوس، مشکل راه اندازی اولیه توربین را تا حدی رفع می نماید.

کلیدواژه‌ها


[1] Ashrafi ZN, Ghaderi M, Sedaghat A (2015)  Parametric study on off-design aerodynamic performance of a horizontal axis wind turbine blade and proposed pitch control. Energy Convers 93: 349-356.
[2] Zamani M, Maghrebi MJ, Varedi SR (2016)  Starting torque improvement using J-shaped straight-bladed Darrieus vertical axis wind turbine by means of numerical simulation. Renew Energy  95: 109-126.‏‏
[3] Marie DGJ (1931) Turbine having its rotating shaft transverse to the flow of the current. edn: Google Patents.
[4] Hashem I, Mohamed M (2018) Aerodynamic performance enhancements of H-rotor Darrieus wind turbine. Energy 142: 531-545.‏‏
[5] Zamani M, Maghrebi MJ, Moshizi SA (2016)  Numerical study of airfoil thickness effects on the performance of J-shaped straight blade vertical axis wind turbine. Wind Struct Int J 22(5): 595-616.
[6] Chen CC, Kuo CH (2013) Effects of pitch angle and blade camber on flow characteristics and performance of small-size Darrieus VAWT. J Vis 16(1): 65-74.
[7] Timmer W, Van Rooij R (2003) Summary of the Delft University wind turbine dedicated airfoils. J Sol Energy Eng 125(4): 488-496.
[8] Takao M, Kuma H, Maeda T, Kamada Y, Oki M, Minoda A (2009) A straight-bladed vertical axis wind turbine with a directed guide vane row—Effect of guide vane geometry on the performance—. J Therm Sci 18(1): 54-57.
[9] Chougule PD, Rosendahl L, Nielsen SR (2015) Experimental study of the effect of a slat angle on double-element airfoil and application in vertical axis wind turbine. Sh Offshore Struct 10(2): 176-182.‏
[10] Sobhani E, Ghaffari M, Maghrebi MJ (2017) Numerical investigation of dimple effects on darrieus vertical axis wind turbine. Energy 133: 231-241.
[11] Ismail MF, Vijayaraghavan K (2015) The effects of aerofoil profile modification on a vertical axis wind turbine performance. Energy 80: 20-31.
[12] Zhang L, Zhang S, Wang K, Liu X, Liang Y (2011) Study on synchronous variable-pitch vertical axis wind turbine. In 2011 APPEEC 1-5.
[13] He Y, Agarwal RK (2014) Shape optimization of NREL S809 airfoil for wind turbine blades using a multiobjective genetic algorithm. Int J Aerosp 2014.
[14] Amet E, Maître T, Pellone C, Achard JL (2009) 2D numerical simulations of blade-vortex interaction in a Darrieus turbine. J Fluids Eng 131(11).
[15] Castelli MR, Englaro A, Benini E (2011) The Darrieus wind turbine: Proposal for a new performance prediction model based on CFD. Energy 36(8): 4919-4934.
[16] Blazek J (2015) Computational fluid dynamics: Principles and applications. Butterworth-Heinemann.
[17] Nobile R, Vahdati M, Barlow J, Mewburn-Crook A (2011) Dynamic stall for a vertical axis wind turbine in a two-dimensional study. Renew Energ 4225-4232.
[18] Sagharichi A, Maghrebi MJ, ArabGolarcheh A (2016) Variable pitch blades: An approach for improving performance of Darrieus wind turbine. J Renew Sustain Energy 8(5): 053305.
[19] Srinivasan G, Ekaterinaris J, McCroskey W (1995) Evaluation of turbulence models for unsteady flows of an oscillating airfoil. Comput Fluids 24(7): 833-861.
[20] Islam M, Ting DSK, Fartaj A (2008) Aerodynamic models for Darrieus-type straight-bladed vertical axis wind turbines. Renew Sust Energ 12(4): 1087-1109.