عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار آیروالاستیک پره کامپوزیتی توربین باد
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوافضا - آئرودینامیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65052;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 133
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- محسن مرادی
- استاد راهنما
- رهام رفیعی, مجتبی طحانی
- چکیده
- امروزه توربین بادی محور افقی به عنوان مرسوم¬ترین توربین برای تبدیل انرژی باد به برق شناخته می¬شود. طراحی پره این توربین¬ها به عنوان مهم¬ترین عضو جاذب انرژی باد، برای افزایش بازده توربین با قابلیت کارکرد بیشتر، از مهمترین مساله¬های مطرح در این زمینه می¬باشد. امروزه به منظور بهره¬برداری هرچه بیشتر از انرژی باد توسط این توربین¬ها با رشد قابل توجهی در اندازه¬ی پره¬های آن روبرو هستیم. با افزایش طول پره¬ها، برهمکنش بین جابجایی پره و نیروهای آیرودینامیکی وارد بر آن بیش از پیش قابل مشاهده می¬باشد. بنابراین بررسی رفتار آیروالاستیک پره توربین باد از اهمیت ویژه¬ای برخوردار است. همچنین با طویل شدن پره توربین باد تغییر شکل آن افزایش و فرکانس طبیعی نوسانی آن به شدت کاهش می¬یابد. همین امر احتمال تخریب پره در اثر تغییر شکل بیش از حد و وقوع رزونانس آن را افزایش می¬دهد. همچنین به دلیل اینکه پره توربین باد در معرض جریان باد اتفاقی قرار دارد، طول عمر خستگی پره را کاهش می¬دهد. از دیگر پیامدهای افزایش طول پره می¬توان به افزایش وزن آن اشاره کرد که باعث ایجاد نیروی گریز از مرکز می¬شود. به منظور پیش¬گیری یا به تعویق انداختن پدیده¬هایی که موجب تخریب پره توربین بادی می¬شود می¬بایست از مواد کامپوزیت در ساخت آن¬ها استفاده کرد. این مواد علاوه بر کاهش وزن سازه، افزایش طول عمر خستگی پره را در پی دارد. بنابراین ماهیت توام سیالاتی و جامداتی علاوه بر پیچیده کردن مساله به جذابیت آن می¬افزاید. واضح است که معادلات حاکم بر هر یک از دو زمینه ی سیالات و جامدات خود پیچیده هستند، حال با ترکیب این دو گروه از معادلات و تشکیل معادلات جدید پیچیدگی¬های مساله دو چندان می¬شود. در این پایان نامه به بررسی رفتار آیروالاستیک پره کامپوزیتی توربین بادی در مقیاس صنعتی پرداخته شده است. ابتدا به مطالعه¬ی آیرودینامیک پره توربین با استفاده از روش BEM پرداخته می¬شود. این روش از جمله پرکاربردترین روش¬های آیرودینامیکی در حوزه¬ی توربین باد می¬باشد. سپس به دلیل پر هزینه بودن روش CFD از این روش صرفا به منظور اعتبارسنجی روش BEM مورد استفاده قرار می¬گیرد. در ادامه با بدست آورن توزیع فشار در طول پره به بررسی رفتار آیروالاستیک پره در دو حالت استاتیک و دینامیک پرداخته می¬شود. بررسی آیروالاستیسیته پره با ایجاد ارتباط خودکار بین دو نرم¬افزار MATLAB که حاوی برنامه¬ی نوشته شده¬ی روش BEM و کد مکرو مورد نیاز برای نرم¬افزار ANSYS می¬باشد و نرم افزار تحلیل المان محدود ANSYS است. پاسخ دینامیکی پره در دو سرعت نامی و توقف مورد بررسی می¬گیرد. همچنین با توجه به مطالعات پیشین به بررسی امکان وقوع ناپایداری دینامیکی در پره توربین باد پرداخته می¬گردد. کلمات کلیدی: توربین بادی محور افقی، پره کامپوزیتی، آیرودینامیک، آیروالاستیسیته، فلاتر
- Abstract
- Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) is the most common device to produce electricity from wind energy. To imply high efficiency, design of HAWT blade as a device of wind energy absorbent is the most important problem in this field. To capture maximum wind energy the blade length is designed as long as possible. By increasing blade length the interaction of blade deflection and aerodynamic forces are increased, so aeroelastic analysis of a wind turbine blade is becoming important. Also longer blade causes more deflection and decreasing natural frequency of the blade that can be lead to the failure and resonance phenomenon. Another failure may occurs in wind turbine blade is fatigue that is resulting from random nature of the wind. To prevent or delay these failures composites material is used in blade manufacturing. In this project aeroelastic behavior of a composite wind turbine blade in industrial scaled is studied. Firstly, blade element momentum (BEM) theory is employed to study aerodynamic of wind turbine blade and determined pressure distribution along blade length. Owing to high cost of CFD method, this method is used only for validating BEM results in four specific wind speeds. Then, by integrating between MATLAB and ANSYS softwares aeroelastic analysis of the wind turbine blade is studied. Aeroelastic analysis involves static and dynamic response. In dynamic study, two wind speeds, which are rated and cut-off speed, is examined and dynamic response is presented. Also, according to previous study the probability of flutter occurrence is investigated. Keywords: Horizontal axis wind turbine, Composite blade, Aerodynamic, Aeroelasticity, Flutter
