مطالعه عددی و آزمایشگاهی ایرفویل ناکا در اعداد رینولدز پایین جهت استفاده در میکروتوربین بادی عمود محور داریوس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

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

10.52547/jrenew.10.2.149

چکیده

سه ایرفویل NACA0015،  NACA0018و NACA0021 در اعداد رینولدز پایین مورد مطالعه آیرودینامیکی قرار گرفت. ابتدا با استفاده از روش عددی پنل بر پایه توزیع خطی گردابه، Q-Blade، CFD و آزمایش تجربی در تونل باد انجام و برای روش پنل از کد کامپیوتری زبان FORTRAN و برای روش CFD از مدل KW-SST  نرم­افزارFluent  استفاده شد. نتایج نشان داد ایرفویل NACA0015 در مقایسه با دو ایرفویل دیگر در اعداد رینولدز بررسی شده ماکزیمم نسبت ضریب برآ به پسای بیش­تری داشته و نسبت به دو ایرفویل دیگر دیرتر با استال مواجهه می­گردد. سپس ایرفویل NACA0015 انتخاب و در عدد رینولدز 27000 ضریب برآ، ضریب پسا و نسبت ضرایب برآ به پسا در محدوده زاویه 10 تا 18 درجه در آزمایشگاه مورد مطالعه تجربی و با داده­های Q-Blade، فرترن و مدل KW-SST  مقایسه و نتایج نشان داد روش صفحات گردابه برای جریان­هایی با عدد رینولدز کم، ضریب پسا و نسبت ضرایب برآ به پسا را در زاویه حمله کم­تر و ضریب برآ را در زاویه حمله بیش­تر بسیار خوب مدل کرده و درصد خطای کم­تری نسبت به سایر روش­های مورد بررسی دارد. نسبت ضرایب برآ به پسا در زاویه حمله 10 درجه مدل فرترن و  CFDبا درصد خطای 8/1 و 3/2 درصد و با افزایش زاویه حمله مدل CFD و فرترن در زاویه حمله 18 درجه با درصد خطای 4 و 2/5 درصد مدل کرده که در زاویه حمله کم­تر مدل فرترن و در زاویه حمله بالا مدل CFD برای تحلیل مناسب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] H. Seifi Davari and S. Kouravand, Improving the Performance Self-Starting of the Vertical Axis Wind Turbine Using Porous Blade, Modares Mechanical Engineering, Vol. 20, No. 5, pp.1199-1209, 2020.
[2] H. Seifi, S. Kouravand, M. S. Davary and S. Mohammadzadeh, Numerical and Experimental study of the effect of increasing aspect ratio of self-starting force to vertical axis wind turbine, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 10, No. 1, pp. 1-14, 2023.
 [3] H. Seifi Davary, S. Kouravand and I. Khatami, Experimental Study of Porous Blade Effect on the Rotation of Darriues Vertical Axis Wind Turbine, Modares Mechanical Engineering, Vol. 20, No. 1, pp. 181-191, 2020.
[4] H. Sun, and S. Lee, Response surface approach to aerodynamic optimization design of helicopter rotor blade, International journal for numerical methods in engineering,  Vol. 64, No. 1, pp. 125-142, 2005.
 [5] J. Y. Li, R. Li, Y. Gao, J. Huang, Aerodynamic optimization of wind turbine airfoils using response surface techniques, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 224, No. 6, pp. 827-838, 2010.
 [6] F. Grasso, Usage of numerical optimization in wind turbine airfoil design. Journal of Aircraft, Vol. 48, No. 1, pp. 248-255, 2011.
 [7] H. Seifi and M. Seify Davari, Aerodynamic Analysis and Numerical Simulation of Naca0012 Airfoils Wind Turbine Using Vortex Plates Numerical Method, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 7, No. 1, pp. 20-27, 2020.
 [8] T. Chiou, Prediction of The Aerodynamic Loads on a Railway Train in a Cross-Wind at Large Yaw Angles Using an Integrated Two and Three Dimensional Source/Vortex Panel Method, Journal of Energy Conversion and Management, Vol. 48, No. 2, pp. 454-461, 1995.
[9] L. Wang, L.  Zhang and N. D. Zeng, A Potential Flow 2D Vortex Panel Model: Applications to Vertical Axis Straight Blade Tidal Turbine, Energy Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 57, No. 1, pp. 19-39, 2007.
[10] Z. H. Chen, A Vortex Based Panel Method for Potential Flow Simulation Around a Hydrofoil, Journal of Fluids and Structures, Vol. 28, No. 1, pp. 378-391, 2012.
[11] H. Seifi and M. Seifi Davari, Hydrofoil of Darriues H-Rotor Vertical Axis Water Micro Turbine, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 8, No. 1, pp. 113-124, 2021.
[12] H.  Seifi and M.  Seify Davari, Optimization of E387 Airfoil Used in Wind Turbine Blades for Maximizing its Lift to Drag Coefficients Ratio, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 7, No. 1, pp. 96-101, 2020.
[13] H. Seifi, S. Kouravand, M. S. Davary and S. Mohammadzadeh, Experimental study of self-starting torque required to operate darriues the vertical axis wind turbine, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 9, No. 2, pp. 9-19, 2022.
[14] M. J. Stock, W. Dahm and G. Tryggvason, Impact of a Vortex Ring on a Density Interface Using a Regularized Inviscid Vortex Sheet Method, Journal of Computational of Physics, Vol. 227, No. 21, pp. 9021- 9043, 2008.
[15] L. Pagnini, G. Piccardo, M. P. Repetto, Full scale behavior of a small size vertical axis wind turbine, Renewable Energy, Vol. 127, pp. 41-55, 2018.
 [16] E. Sobhani, M. Ghaffari, M. J. Maghrebi, Numerical investigation of dimple effects on darrieus vertical axis wind turbine, Energy, Vol. 133, pp. 231-241, 2017.
 [17] R. M. Pinkerton, The variation with Reynolds number of pressure distribution over an airfoil section (No. NACA-TR-613), Washington, WA, USA: US Government Printing Office, 1938.
 [18] L. A. Danao, B. Abuan, R. Howell, Design analysis of a horizontal axis tidal turbine, In 3rd Asian wave and tidal conference , pp. 24-28, 2016.