ارزیابی ظرفیت جذب انرژی باد و بومی‌سازی یک توربین بادی محور عمودی مطابق اقلیم شهرهای ایران

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار ، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

بکارگیری توربین بادی مقیاس شهری و روستایی که ضمن سادگی در هندسه و هزینه پایین ساخت داخل، امکان جذب توان بهینه باد را داشته باشد، جذابیت بالایی خواهد داشت. در این تحقیق ابتدا پتانسیل جذب انرژی باد در 3 نقطه مختلف ایران شامل شهرهای تهران، زاهدان و منجیل مورد ارزیابی قرار گرفته و سپس یک نمونه توربین بادی محور عمودی متناسب با شرایط اقلیمی این 3 منطقه، بومی سازی شده است. فرایند بازطراحی بر مبنای مشخصه های یک توربین مبنا بعنوان طرح اولیه صورت گرفته و برای این منظور یک کد نیمه تحلیلی 3D بر پایه روش دی ام اس تی توسعه داده شده که اعتبار سنجی ان مطالعه و ارایه شده است. با استفاده از این ابزار نیمه تحلیلی جدید، تاثیر پارامترهای متنوعی شامل سرعت باد، تعداد پره، اندازه وتر، طول و قطر پره، بر ضریب توان و ضریب نیرو بررسی شده اند. نتایج این مطالعه پارامتری به همراه طرح نهایی توربین های پیشنهادی در بخش نتایج آورده شده است. بر اساس نتایج این پژوهش می توان دریافت که تاثیر تنظیم پارامترهای هندسی در یک توربین محور عمودی نوع اچ-شکل می تواند به میزان 20 الی 40 درصد بهبود در شاخص ها بسته به شرایط اقلیمی، ایجاد کند. دستیابی به طرح بهینه بومی شده از طریق ترکیب این کد تحلیلی و الگوریتم ژنتیک می تواند گام بعدی در امتداد این فعالیت باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] Vasudev A, Bhansali S (2013) Microelectromechanical systems (MEMS) for in vivo applications. In: Inmann A, Hodgins D  (eds) Implantable Sensor Systems for Medical Application.
[2]  Farré M, Kantiani L and Barceló D (2012) Microfluidic Devices: Biosensors. In: Picó Y (ed) Chemical Analysis of Food: Techniques and Applications.
[3]  Qin D, Xia Y, Rogers J A, Jackman R J, Zhao X M and Whitesides G M (1998) Microfabrication, Microstructures and Microsystems, Microsystem Technology in Chemistry and Life Science. Springer, Berlin Heidelberg.
[4]  Chhabra R, Shankar V (2018) Transport Processes in Microfluidic Applications. In: Chhabra R, Shankar V (eds) Coulson and Richardson's Chemical Engineering.
[5]  Ahn J, Ko J, Lee S, Yu J, Kim Y and Jeon N L (2018) Microfluidics in nanoparticle drug delivery. Adv Drug Deliv Rev 128: 29-53.
[6]  Sanjay S T, Zhou W, Dou M, Tavakoli H, Ma L, Xu F, Li X (2018) Recent advances of controlled drug delivery using microfluidics platforms. Adv Drug Deliv Rev 128: 3-28.
[7]  Fan Y Q, Gao F, Wang M, Zhuang J, Tang G and Zhang Y J (2017) Recent Development of Wearable Microfluidics Applied in Body Fluid Testing and Drug Delivery. Chinese J. Anal. Chem 45(3): 455-463.
[8]  Pi Y, Chen J, Miao M, Jin Y and Wang W (2018) A fast and accurate temperature prediction method for microfluidic cooling with multiple distributed hotspots. Int. J. Heat Mass Transf 127: 1223-1232.
[9]  Lorenzini D and Joshi Y (2019) Numerical modeling and experimental validation of two-phase microfluidic cooling in silicon devices for vertical integration of microelectronics. Int. J. Heat Mass Transf 138: 194-207.
[10] Laguna G, Vilarrubí M, Ibañez M, Betancourt Y and Illa J (2018) Numerical parametric study of a hotspot-targeted microfluidic cooling array for microelectronics. Appl. Therm. Eng. 144: 71-80.
[11] Agustini D, Bergamini M F and Marcolino-Junior L H (2017) Characterization and optimization of low cost microfluidic thread based electroanalytical device for micro flow injection analysis. Anal Chim Acta 951: 108-115.
[12] Wang Y, He Q, Dong Y and Chen H (2010) In-channel modification of biosensor electrodes integrated on a polycarbonate microfluidic chip for micro flow-injection amperometric determination of glucose. Sens. Actuators B Chem 145(1): 553-560.
[13] Ozasa K, Won J, Song S and Maeda M (2016) Toxic Effect Monitoring by Analyzing Swimming Motions of Microbial Cells Confined in Microfluidic Chip with Micro-Trench Flow Injection. Procedia Eng. 168: 1450-1453.
[14] Hossan M R, Dutta D, Islam N and Dutta P (2018) Review: Electric field driven pumping in microfluidic device. Electrophoresis 39(5-6): 702-731.
[15] Kitagawa F, Kawai T and Otsuka K (2013) On-line Sample Preconcentration by Large-volume Sample Stacking with an Electroosmotic Flow Pump (LVSEP) in Microscale Electrophoresis. Anal Sci 29 (12): 1129-1139.
[16] Wang X, Cheng C, Wang S and Liu S (2009) Electroosmotic pumps and their applications in microfluidic systems. Microfluidics and Nanofluidics 6(2): 145-162.
[17] Wang X, Wang S, Gendhar B, Cheng C, Byun CK, Li G, Zhao M, Liu S (2008) Electroosmotic pumps for microflow analysis. Trends Analyt Chem 28(1): 64-74.
[18] Morf  W E, Guenat O T and Rooij N F de (2001). Partial electroosmotic pumping in complex capillary systems: Part 1: Principles and general theoretical approach. Sens. Actuators B Chem 27(3): 266-272.
[19] Chuan-Hua C and Santiago J G (2002) A planar electroosmotic micropump. J. Microelectromechanical Syst. 11(6): 672-683.
[20] Narla V K, Tripathi D and Bég O A (2020) Analysis of entropy generation in biomimetic electroosmotic nanofluid pumping through a curved channel with joule dissipation. Therm. Sci. Eng. Prog. 15: 100424.
[21] Cui R H and You H Y (2010) Study on Controlling Conditions of Flux of Monolithic Electroosmotic Pump. Chinese J. Anal. Chem 38(6): 848-850.
[22] Gao M and Gui L (2014) A handy liquid metal based electroosmotic flow pump. Lab Chip 14(11):1866-72.
[23] Paul P H, Arnold D W, Neyer D W and K B, Smith K B (2000) Electrokinetic Pump Application in Micro-Total Analysis Systems Mechanical Actuation to HPLC. In: Berg V, Olthuis W, Bergveld P (eds) Micro Total Analysis Systems. Springer, Dordrecht.
 
[24] Chen L, Guan Y, Ma J, Luo G and Liu K (2011) Application of a high-pressure electro-osmotic pump using nanometer silica in capillary liquid chromatography. J. Chromatogr. A(1064):19-24.
[25] He C (2011) Flow batteries for microfluidic networks: configuring an electroosmotic pump for nonterminal positions. Anal Chem 83(7): 2430-3.
[26] Gu C, Jia Z, Zhu Z, He C, Wang W, Morgan A, Lu J, Liu S (2012) Miniaturized electroosmotic pump capable of generating pressures of more than 1200 bar. Anal Chem 84(21):  9609-14.
 [27] Mirbozorgi S A, Niazmand H, Renksizbulut M (2006) Electro-Osmotic Flow in Reservoir-Connected Flat Microchannels With Non-Uniform Zeta Potential. J. Fluids Eng. 128: 1133-1143.