بررسی عددی نقش میله مجهز به پره مورب جداکننده جریان بر عملکرد توربین ساونیوس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

چکیده
یکی از مهم‌ترین منابع انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی باد می‌باشد. به کمک توربین‌های بادی می‌توان از انرژی جنبشی باد بهره برد. از مشکلات اساسی توربین بادی ساونیوس، بازدهی پایین آن به دلیل برخورد مستقیم باد به پره بازگشتی توربین و اعمال گشتاور منفی به آن می‌باشد. یکی از روش‌های جدید و ارزان جهت افزایش راندمان این توربین‌ها، استفاده از مانع منحرف‌کننده در بالادست جریان جهت جلوگیری از برخورد باد به پره بازگشتی توربین و تولید گشتاور منفی است. به دلیل نوع هندسه مانع استوانه‌ای‌شکل، توانایی هدایت جریان تحت زاویه دلخواه وجود ندارد. همچنین ناحیه گردابه‌ای نسبتاً بزرگی در پایین‌دست مانع و در نزدیکی توربین تشکیل خواهد شد که موجب اثرات نامطلوب بر عملکرد توربین می‌شود. با نصب پره‌های جداکننده جریان می‌توان این گردابه‌ها را کنترل کرد. در این تحقیق با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی، در یک شبیه‌‌سازی دوبعدی به کمک نرم‌افزار انسیس فلوئنت، ابتدا مانع استوانه‌ای‌شکل بدون صفحات جداکننده جریان طراحی و نتایج حاصل از شبیه‌سازی آن با نتایج تجربی پژوهش‌های پیشین اعتبارسنجی گردید. سپس به‌عنوان نوآوری، صفحه جداکننده تحت یک زاویه مطلوب نصب و جریان به سمت پره پیش‌رونده توربین هدایت شد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که استفاده از مانع منحرف‌کننده با پره‌های جداکننده جریان تحت زاویه 5 درجه، موجب افزایش 23.4 درصدی ضریب توان توربین نسبت به حالت بدون مانع آن در نسبت سرعت نوک 0.6 می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


- مراجع
[1]   N. L. Panwar, S. C. Kaushik and S. Kothari, Role of renewable energy sources in environmental protection: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15, No. 3, pp. 1513-1524, 2011.
[2]  S. E. Hosseini, An outlook on the global development of renewable and sustainable energy at the time of COVID-19, Energy Research & Social Science, Vol. 68, pp. 101633, 2020.
[3] Q. A. Alabdali, A. M. Bajawi, A. M. Fatani and A. M. Nahhas, Review of Recent Advances of Wind Energy, Energy, Vol. 8, No. 1, pp. 12-19, 2020.
[4]  P. Gipe and E. Möllerström, An overview of the history of wind turbine development: Part I—The early wind turbines until the 1960s, Wind Engineering, Vol. 46, No. 6, pp. 1973-2004, 2022.
[5]  S. Toudarbari, M. J. Maghrebi and A. Hashemzadeh, Evaluation of Darrieus wind turbine for different highway settings using CFD simulation, Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 45,pp.101077,2021.
[6]  M. H. Mohamed, F. Alqurashi and D. Thévenin, Performance enhancement of a Savonius turbine under effect of frontal guiding plates, Energy Reports, Vol. 7, pp. 6069-6076, 2021.
[7]  A. Roshan, A. Sagharichi and M. J. Maghrebi, Nondimensional parameters’ effects on hybrid Darrieus–Savonius wind turbine performance, Journal of Energy Resources Technology, Vol. 142, No. 1, 2020.
[8]  N. R. Maldar, C. Y. Ng and E. Oguz, A review of the optimization studies for Savonius turbine considering hydrokinetic applications, Energy Conversion and Management, Vol. 226, pp. 113495, 2020.
[9]  M. Mohamed, G. Janiga, E. Pap and D. Thévenin, Optimization of Savonius turbines using an obstacle shielding the returning blade, Renewable Energy, Vol. 35, No. 11, pp. 2618-2626, 2010.
[10] P. A. Setiawan, T. Yuwono, W. A. Widodo, E. Julianto and M. Santoso, Numerical study of a circular cylinder effect on the vertical axis Savonius water turbine performance at the side of the advancing blade with horizontal distance variations, International Journal of Renewable Energy Research, Vol. 9, No. 2, pp. 978-985, 2019.
[11] E. Nimvari, H. Fatahian and E. Fatahian, Performance improvement of a Savonius vertical axis wind turbine using a porous deflector, Energy Conversion and Management, Vol. 220, pp. 113062, 2020.
[12] K. Layeghmand, N. Ghiasi Tabari and M. Zarkesh, Improving efficiency of Savonius wind turbine by means of an airfoil-shaped deflector, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Vol. 42, No. 10, pp. 528, 2020.
[13]         T. Yuwono, G. Sakti, F. Nur Aulia and A. Chandra Wijaya, Improving the performance of Savonius wind turbine by installation 
of a circular cylinder upstream of returning turbine blade, Alexandria Engineering Journal, Vol. 59, No. 6, pp. 4923-4932, 2020.
[14] W. Tian, J. Bian, G. Yang, X. Ni and Z. Mao, Influence of a passive upstream deflector on the performance of the Savonius wind turbine, Energy Reports, Vol. 8, pp. 7488-7499, 2022.
[15] B. D. Altan and A. Gungor, Examination of the Effect of Triangular Plate on the Performances of Reverse Rotating Dual Savonius Wind Turbines, Processes, Vol. 10, No. 11, pp. 2278, 2022.
[16] E. Fatahian, F. Ismail, M. H. H. Ishak and W. S. Chang, The role of wake splitter deflector on performance enhancement of Savonius wind turbine, Physics of Fluids, Vol. 34, No. 9, pp. 095111, 2022.
[17] W. Xu, C.-c. Li, S.-x. Huang and Y. Wang, Aerodynamic performance improvement analysis of Savonius vertical axis wind turbine utilizing plasma excitation flow control, Energy, Vol. 239, pp. 122133, 2022.
[18] I. Marinić-Kragić, D. Vučina and Z. Milas, Robust optimization of Savonius-type wind turbine deflector blades considering wind direction sensitivity and production material decrease, Renewable Energy, Vol. 192, pp. 150-163, 2022.
[19] H. Aboujaoude, F. Beaumont, S. Murer, G. Polidori and F. Bogard, Aerodynamic performance enhancement of a Savonius wind turbine using an axisymmetric deflector, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 220, pp. 104882, 2022.
[20] R. E. Sheldahl, B. F. Blackwell and L. V. Feltz, Wind tunnel performance data for two-and three-bucket Savonius rotors, Journal of Energy, Vol. 2, No. 3, pp. 160-164, 1978.
 
دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 23
فروردین 1404
صفحه 114-123

  • تاریخ دریافت 20 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 26 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 29 مرداد 1403