مطالعه آزمایشگاهی گشتاور لحظه‌ای مورد نیاز برای راه‌اندازی توربین بادی محور عمودی داریوس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار، چابهار، ایران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد گرمی، گرمی، ایران

4 دانشجوی کارشناسی ارشد، اقتصاد، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

توربین بادی، انرژی جنبشی جریان باد را به انرژی دورانی محور روتور تبدیل می‌کند. استفاده از توربین­ بادی محور عمودی به عنوان یکی از منابع تولید انرژی پاک اهمیت بالایی دارد. از جمله مزیت­های توربین­ بادی محور عمودی نسبت به توربین بادی محور افقی هزینه ارزان تولید، سبکی، راحتی نصب و استفاده در مناطق مسکونی است. پره‌ی توربین‌های بادی عمود محور داریوس بیش­تر به ‌صورت پره مستقیم یا مارپیچی است. مشکل اساسی توربین بادی محور عمودی داریوس، خودشروع کنندگی اولیه آن­هاست که اساس کار این پژوهش است که برای اولین بار از پره­های امباس لوزی شکل که به صورت متخلخل است، استفاده شد تا با ایجاد نیروی درگ بر روی پره­ها باعث افزایش خودشروع شوندگی در سرعت­های پایین گردد. برای این منظور توربین بادی عمود محور داریوس در نرم­افزار کتیا طراحی و ساخته شد. برای ساخت ایرفویل­ها از NACA0015 و جنس استفاده شده برای پره­های مستقیم و متخلخل، ورق آلومینیوم ساده و ورق امباس که به صورت خلل و فرج است، که هر دو از آلیاژهای سری یک آلومینوم هستند و وسایل مورد استفاده شده در ساخت و اندازه­گیری کالیبره شده است. نتیجه نشان داد که توربین بادی پره امباس تا سرعت نه متر بر ثانیه نسبت به توربین بادی عمود محور پره مستقیم، گشتاور لحظه­ای کم­تری برای راه­اندازی لازم دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] R. Firdaus, T.  Kiwata, T. kano and K.  Nagao, Numerical and experimental studies of a small vertical axis wind turbine with variable – pitch straight blades, Journal of Fluid Science and Technology, Vol.10, No.1, pp.220-228, 2015.
[2] M. Zamani, S. Nazari, S. A. Moshizi and M. J. Maghrebi, Three dimensional Simulation of j-shaped darrieus vertical axis wind turbine, Renewable Energy, Vol.116, No. 1, pp.1243-1255, 2016.
[3] K. W. Wonga, T. W.  Chonga, N. L Sukiman, S. C. poh, Y. Shiah, and C. T Wang, Performance enhancements on vertical axis wind turbines using flow augmentation systems: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 73, No.1, pp. 904-921, 2017.
[4] D. E.  Berg, Structural design of the Sandia 34-meter vertical-axis wind turbine, Report SAND84-1287, 1985.
[5] V. Bussel, A momentum theory for horizontal axis wind turbine rotors and comparison with experiments, Delft University of Technology, 1990.
[6] F. S. Stoddard, Discussion of momentum theory for windmills. University of Massachusetts, wind Energy Center Reports, 1976.
[7] M. Islam, D. Ting and M. Fartaj, Investigation of alternative materials for use in mid-Size vertical axis wind turbine blades: materials assessment, CANMET Energy Technology Centre (CETC). Ontario, Canada, 2001.
[8] W. You, Y. Chaoand Z. Tao, Numerical investigation of dynamic stall vortex movement of different thickness airfoils, journal of Beijing university of Aeronautics and Astronautics, Vol. 32, No. 2, pp. 153-157, 2006.
[9] R. Dominy, P. Lunt, A. Bickerdyke and J. Dominy, Self-starting capability of a darrieus turbine. proceedings of the institution of mechanical engineers, Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 221, No.1, pp.111-120, 2007.
[10] J. Edwards, N. Durrani and R. Howell, Wind tunnel and numerical   study of a small vertical axis wind turbine, Department of Mechanical Engineering, University of Sheffield, UK, 2008.
 [11] S. Wang, D. B. Ingham, M.  Lin and M.  Pourkashanian, Numerical investigations on dynamic stall of low reynolds number flow around oscillating airfoils, 2001.
 [12] T. Hayashi, Y. Li, Y. Hara and K. Suzuki, Wind tunnel tests on a different phase three-stage savonius rotor, JSME International Journal Series B Fluids and Thermal Engineering, Vol.48, No.1, pp. 9-16, 2005.
 [13] S. Kouravand, B. M. Imani and A. M. Kermani, Design and analysis of a small wind turbine with combined airfoil, Renewable Magazine, Vol.2, No.3, pp. 65-73, 2016.
 [14] M.  Douak, Z. Aouachira, R. Rabehi and N. Allam, Wind energy systems: Analysis of the self-starting physics of vertical axis wind turbine, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017.
 [15] L.  Pagnini, G. Piccardo and M. P. Repetto, Full scale behavior of a small size vertical axis wind turbine, Renewable Energy, 2017.
[16] X. Sun, J. Zhu, A. Hanif, Z. Li, G. Sun, Effects of blade shape and its corresponding moment of inertia on self-starting and power extraction performance of the novel bowl-shaped floating straight-bladed vertical axis wind turbine, Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 38. No.1, pp. 640-648, 2020.
[17] A. Sagharichi, T. Najafi, S. Toudarbari, Impact of harmonic pitch functions on performance of Darrieus wind turbine, Journal of Cleaner Production, Vol. 241. No.1, pp.298-310, 2019.
[18] H. Su, B. Dou, T. Qu, P. Zeng, L. Lei, Experimental investigation of a novel vertical axis wind turbine with pitching and self-starting function, Enenrgy Conversion and Management, Vol.217, No.1, pp.113-125, 2020.
[19] H. Zhu, W. Hao, C. Li, Q. Diang, Effect of flow-deflecting-gap blade on aerodynamic characteristic of vertical axis wind turbines, Renewable Energy, Vol. 158, No. 1, pp. 370-387, 2020.
[20] D. Stario, I. Utama, Experimental investigation into the improvement of self-starting capability of vertical-axis tidal current turbine, Energy Reports, Vol.10, No. 1, pp. 4587-4594, 2021.
[21] E.  Sobhani, M. Ghaffari and M. J. Maghrebi, Numerical investigation of dimple effects on darriues vertical axis wind turbine, Energy, 2018.
[22] N. C. Batista, R.  Melicio, V. Mendes, M. Calderon, A. Ramiro, on a self-start Darrieus wind turbine: Blade design and field tests, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 52, No.1, pp. 508–522, 2015.
 [23] T. Maître, E.  Amet and C. Pellone, Modeling of the Flow in a Darrieus Water Turbine: Wall Grid Refinement Analysis and Comparison with Experiments, Renewable Energy, vol. 51, No. 1, pp. 497 – 512, 2013.
[24] R. M. Pinkerton, R. M, The Variation with Reynolds Number of Pressure Distribution over an Airfoil Section, Technical Report No. 613, NASA, Cranfield, UK, 1938.
 [25] L.A. Danao, B. Abuan, R. Howel, Design Analysis of a Horizontal Axis Tidal Turbine, 2016.