عنوان پایان‌نامه
مدل سازی ایرودینامیکی توربین بادی ۶۶۰ کیلوواتی V-۴۷ باتوجه به رژیم های مختلف جریان و شرایط مرزی واقعی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51066;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2109
- تاریخ دفاع
- ۱۵ آبان ۱۳۹۰
- دانشجو
- علی صلواتی پور
- استاد راهنما
- وحید اصفهانیان
- چکیده
- در کار حاضر، ابتدا به شرح نقاط ضعف و قوت روش‌های مهندسی معمول در پیش‌بینی عمل‌کرد توربین‌های بادی پرداخته، سپس با استفاده از روش BEM به تحلیل توربین بادی NREL Phase VI می‌پردازیم. در روش مذکور به ضرایب آیرودینامیکی مقاطع دوبعدی پره در مکان‌های شعاعی مختلف به‌عنوان ورودی نیاز داریم، و با توجه به وقوع پدیده گذرش در نسبت قابل ملاحظه‌ای از وتر هر ایرفویل و اثر مستقیم آن بر ضرایب آیرودینامیکی (به‌ویژه ضریب پسا) آن مقطع، به بررسی اثر گذرش بر ضرایب آیرودینامیکی ایرفویل S809 که در توربین‌های بادی مقیاس کوچک (با توان نامی کمتر از 50 کیلووات) مورد استفاده می‌باشد، پرداخته شده‌است. برای شبیه‌سازی عددی جریان حول مقاطع دوبعدی از مدل‌های توربولانس متفاوتی استفاده شد که هیچکدام نتوانستند در تمامی زوایای حمله مورد نیاز ضرایب آیرودینامیکی را بدرستی پیش‌بینی نمایند. لذا میدان حل با توجه به مکان بروز گذرش در تست‌های تجربی در تونل باد، به نواحی آرام و آشفته تقسیم شد تا معادلات حاکم بر جریان‌های آرام و آشفته در هر ناحیه بصورت جداگانه اعمال گردند. سپس با استفاده از روش BEM یک کد مهندسی با هدف تبدیل ضرایب دوبعدی به‌دست‌آمده از روش‌های CFD به بال یا پره سه‌بعدی دوار نوشته‌شد که از این کد جهت تحلیل توربین بادی مورد استفاده در NREL Phase VI که خود بصورت یک محک برای تحلیل و بررسی انواع روش‌های عددی و مهندسی بر روی توربین‌های بادی درآمده‌است، استفاده شده‌است. در نهایت نتایج دوبعدی و سه‌بعدی حاصل از تحلیل عددی با استفاده از نتایج تجربی مورد اعتبارسنجی قرارگرفت. مقایسه میان منحنی توان تجربی و عددی توربین مذکور نشان می‌دهد که خطای روش عددی بکارگرفته شده در بدترین حالت کمتر از 8.3% می‌باشد.
- Abstract
- Abstract Nowadays, wind is one of the most important resources of the green and clean energy and it is feasible to generate electricity by extracting the power stored in wind flow by means of wind turbines. At the present work, firstly a brief introduction is presented about different engineering methods used for modeling the flow field around rotors and rotating wings. Then advantages and disadvantages of each method are discussed. Afterwards a detailed description about Blade Element Momentum method (BEM) is presented. Then the flow field around ”NREL phase VI” wind turbine that uses S809 airfoil profile along the blade (this turbine is a benchmark in wind industry), is simulated by BEM method using a numerical code written in C language. In BEM method, two dimensional aerodynamic coefficients in several radial sections along the blade are needed. Because of relatively low Reynolds number of the air flow around the blades of a wind turbine, transition occurs in the middle of the chord at each section. Therefore, it is imprtant to use a proper turbulence model to correctly calculate the airodynamic coefficients at each section. Different turbulence models are investigated, but none succeeded to exactly predict the flow behaviour around the airfoil. In order to numerically acquire the aerodynamic coefficients, the domain is devided into laminar and turbulent regions and according to flow angle of attack, turbulent or laminar flow regime is activated at each region. Finally both two dimensional and BEM code’s results are validated by experimental data. Comparision between the experimental and numerical results shows that maximum deviation of the wind turbine power curve is no more than 8.3%. Keywords: Grid Generation, Numerical Study, Wind Turbine, Transition, Turbulence
