طراحی توربین بادی محور عمودی فراساحلی با پره‌های متخلخل

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

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

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

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

چکیده
تبدیل برق از باد به نیروی الکتریکی توسط توربین‌های بادی کوچک برای تولید برق کمک زیادی می‌کند. از آن‌ها می‌توان برای ساخت شبکه‌های مختلف از جمله شبکه‌های مستقل، متصل به شبکه و یکپارچه استفاده کرد. با توجه به اندازه و محل نصب، توربین‌های بادی کوچک برای کاربرد در جریان‌های رینولدز کم مناسب است. با هدف توسعه یک توربین بادی محور عمودی دریایی با پره متخلخل در این پژوهش، شبیه‌سازی‌هایی بر روی ایرفویل‌های مختلف پروفیل‌های NACA سری 4، سری 5 و Selig در اعداد مختلف رینولدز 60000، 100000 و 140000 با استفاده از مدل استریم تیوب دوتایی چندگانه با تصحیح افت نوک انجام شد. علاوه بر مشخصات پره، پارامترهای طراحی توربین مانند نسبت ابعاد و نسبت استحکام نیز با تغییر ارتفاع و وتر پره بررسی شد. این مقاله تحلیلی را برای طراحی یک توربین بادی محور عمودی سه پره برای افزایش عملکرد آیرودینامیکی آن از نظر ضریب توان ارائه می‌کند. رویکرد لوله جریان چندگانه دوگانه (DMST) با در نظر گرفتن تصحیح تلفات نوک، یک روش موثر پیش‌بینی عملکرد دقت مرتبه پایین‌تر برای تجزیه و تحلیل طیف گسترده‌ای از طراحی‌های توربین به شیوه‌ای مقایسه‌ای با هزینه محاسباتی قابل‌توجهی کم‌تر است. این مطالعه ایرفویل SeligS1046 را برای آزمایش‌های تونل باد در اعداد وتر هدف رینولدز در محدوده رینولدز ذکر شده مناسب نشان داد. نسبت ابعاد در اعداد مختلف رینولدز، در نسبت ابعاد 1.0 در اعداد رینولدز کم‌تر و همچنین بالاتر در محدوده خوبی از TSR مناسب‌تر می‌باشد. همچنن نسبت استحکام 0.17 برای افزایش عملکرد توربین در محدوده آزمایش شده مناسب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


- مراجع
 [1] J. Chen, L. Chen, H. Xu, H. Yang, C. Ye, D. Liu, Performance Improvement of a Vertical Axis Wind Turbine by Comprehensive Assessment of an Airfoil Family, Energy, Vol. 114, pp. 318–331, 2016.
[2] H. Seifi Davary, S. Kouravand, 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.
[3] H. Seifi Davari, 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.
[4] M. Islam, D. S. K. Ting, A. Fartaj, Aerodynamic Models for Darrieus-type Straight-Bladed Vertical Axis Wind Turbines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 12, No. 4, pp. 1087–1109, 2008.
[5] G. J. M. Darrieus, Turbine Having its Rotating Shaft Transverse to the Flow of the Current, US Patent No. 1835081, 1931.
[6] M. M. A. Bhutta, N. Hayat, A. U. Farooq, Z. Ali, S. R. Jamil and Z. Hussain, Vertical Axis Wind Turbine – A Review of Various Configurations and Design Techniques, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, pp.1926–1939, 2012.
[7] D. Marten, J. Wendler, G. Pechlivanoglou, C. N. Nayeri, C. O. Paschereit, Development and Application of a Simulation Tool for Vertical and Horizontal Axis Wind Turbines, Proceedings of the ASME Turbo Expo 2013, June 3-7, San Antonio, Texas, USA, 2013.
[8] I. Paraschivoiu, Double-Multiple Stream Tube Model for Studying Vertical-Axis Wind Turbines, Journal of Propulsion and Power, Vol. 4, No. 4, pp. 370–377, 1988.
[9] H. Beri, Y. Yao, Double Multiple Stream Tube Model and Numerical Analysis of Vertical Axis Wind Turbine, Energy and Power Engineering, Vol. 3, No. 3, pp. 262–270, 2011.
[10] A. M. Biadgo, A. Simonovic, D. Komarov, S. Stupar, Numerical and Analytical Investigation of Vertical Axis Wind Turbine, FME Transactions, Vol. 41, pp. 49–58, 2013.
[11] K. Wang, M. O. L. Hansen, T. Moan, Model Improvements for Evaluating the Effect of Tower Tilting on the Aerodynamics of a Vertical Axis Wind Turbine, Wind Energy, Vol. 18, pp. 91–110, 2015.
[12] S. Kouravand, B. M.  Imani, A. M. Kermani, Design and analysis of a small wind turbine with combined airfoil, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 2, No. 3, pp. 65-73, 2016.
[13] R. Shahbazi, S. Kouravand, R. Hassan-Beygi, Analysis of wind turbine usage in greenhouses: wind resource assessment‏, distributed generation of electricity and environmental protection, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, pp. 1-21, 2019.
[14] H. Seifi, 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.
[15] H. Seifi, 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.
[16] M. Shahmari, P. Zarafshan, S. Kouravand, M. Khashehchi, Design and analysis of a combined savonius-darrieus wind turbine for irrigation application, Journal of Renewable Energy and Environment, Vo. 7, No. 3, pp. 80-86, 2020.
[17] J. Elizondo, J. Martínez, O. Probst, Experimental study of a small wind turbine for low-wind and medium-wind regimes, International Journal of Energy Research, Vol. 33, pp. 309-326, 2009.
[18] P. Giguere, M. S. Selig, New airfoils for small horizontal axis wind turbines, Wind Engineering, Vol. 120, No. 111, 1998.
[19] P. Giguere, M. S. Selig, Low Reynolds number airfoils for small horizontal axis wind turbines, Wind Engineering, Vol. 21, pp. 367-380, 1997.
[20] H. Seifi, S. Kouravand, M. S. Davary, 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.
[21] H. Seifi, S. Kouravand, M. Seifi Davari, 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.
[22] P. Bachant, M. Wosnik, Effects of Reynolds Number on the Energy Conversion and Near-Wake Dynamics of a High Solidity Vertical-Axis Cross-Flow Turbine, Energies, Vol. 9, No. 2, pp. 1–18, 2016.
[23] M. A. Dabachi, A. Rahmouni, Q. Bouksour, Design and aerodynamic performance of new floating H-darrieus vertical Axis wind turbines, Materials Today: Proceedings, Vol. 30, pp.  899-904, 2020.
[24] H.  Seifi, 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.
[25] H. Seifi, S. Kouravand, M. Seifi Davary, Numerical and experimental study of NACA airfoil in low Reynolds numbers for use of Darriues vertical axis micro-wind turbine. Journal of Renewable and New Energy, Vol. 10, No. 2, pp. 149-163, 2023.
[26] H. Seifi Davari, S. Kouravand, M. Seify Davari, Z. Kamalnejad, Numerical investigation and aerodynamic simulation of Darrieus H-rotor wind turbine at low Reynolds numbers. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, Vol. 45, No. 3, pp. 6813-6833, 2023.
 [27] A. Bianchini, D. Marten, A. Tonini, F. Balduzzi, C. N. Nayeri, G. Ferrara, C. O.  Paschereit, Implementation of the virtual camber transformation into the open source software Q-Blade: validation and assessment, Energy Procedia, Vol. 148, pp. 210-217, 2018.

  • تاریخ دریافت 05 آذر 1401
  • تاریخ بازنگری 26 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش 18 آبان 1402