عنوان پایان‌نامه
بررسی هیدرودینامیکی توربین محور افقی به روش عددی
- رشته تحصیلی
- مهندسی انرژیهای جدید پذیر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 202;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68026
- تاریخ دفاع
- ۲۹ بهمن ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمدجواد ضیابخش گنجی
- استاد راهنما
- یونس نوراللهی, مجتبی طحانی
- چکیده
- چکیده نگرانیهای ناشی از اتمام سوخت فسیلی و تامین انرژی سبب شد که بشر به فکر راهی برای استحصال انرژی از منابع تجدیدپذیر باشند. یکی از این منابع انرژیهای تجدیدپذیر، انرژی اقیانوسی است. اقیانوس دارای پتانسیل انرژی تجدیدپذیر گستردهای به صورتهای موج، جزر و مد، اختلاف دما میان آبهای سرد عمیق و آبهای گرم سطحی، اختلاف شوری در دهانههای رودخانهها است. امواج دارای منبع توان زیادی هستند. انرژی جزر و مد ناشی از اثر نیروی گرانش قمر سیاره زمین بر آبهای آزاد میباشد. در اثر این گرانش و گردش قمر به دور زمین یک جریان سیال ایجاد میشود. برای حصول انرژی جنبشی ناشی از جریان سیال بوجود آمده راههای بسیاری وجود دارد. توربینهای محور افقی جزر و مدی یکی از انواع توربینها برای کسب انرژی جنبشی سیال است و دارای تکنولوژی مشابه توربین بادی محور افقی میباشد. در این تحقیق به دو دلیل؛ اول، وجود تکنولوژی توربینهای بادی محور افقی در ایران و دوم، وجود پتانسیل انرژی جزر و مدی در منطقه آبی جنوب به بررسی توربین جزر و مدی محور افقی پرداخته شده است. روش تجربی، یک روش پرهزینه و زمانبر است و نیازمند تجهیزاتی برای آزمایش و ساخت نمونه میباشد. در حالی که روش دینامیک سیالات محاسباتی نسبت به آزمایشهای تجربی، روشی سریع و کم هزینه برای بررسی اثر کانال بر توربین و یافتن الگوی صحیح جریان در عبور از توربین است. مدل آشفتگی SST نیز الگوی صحیحی از رفتار جریان در برخورد با توربین و دیوارههای آن ارائه مینماید. در روند حل عددی از گسسته سازی معادلات به روش حجم محدود بر پایه شبکهبندی المان محدود استفاده شده است. اغلب در دنیا برای بهینهسازی و بررسی پارامترهای موثر از شبیهسازی عددی استفاده میگردد. در این تحقیق ابتدا یک هندسه مقیاس تجربی شناسایی و بررسی شد و سپس این هندسه به روش عددی و تئوری ممنتوم المان پره با خطا کمتر از 13 درصد با نتایج تجربی مدل شده است. در بخش بعدی تعدادی از نمونههای برتر هندسی کانالهای تقویت کننده جریان جزر و مدی با توجه به منابع موجود انتخاب و با ضریب سرعت و دبی مقایسه گردید. تمامی کانالها باعث افزایش 2 برابر سرعت جریان آزاد شدهاند. کانال بهینه از دید تقویت بهتر جریان برای تحلیل انتخاب گردید. این / 1 تا 2 / سرعت 2 2 برابر سرعت در مقطع میانی اتصال توربین میشود. در انتها یک مدل توربین پوشیده شده با کانال / کانال سبب افزایش 2 مذکور با مقیاس نمودن کانال بر توربین مقیاس آزمایشگاهی طراحی شده است. این طرح توربین با کانال نیز به روش عددی و مدل آشفتگی SST تحلیل گردید. نتایج حاصل نشان میدهد استفاده از این نوع کانال در توربین سبب بهبود کارایی تا حدود 4 برابر نمونه بدون کانال میشود. در انتها جدول توان و نیروی تراست قابل استحصال در شرایط آب جنوب با یک توربین جزر و مدی به قطر 13 متر پوشیده از کانال تقویت کننده ارائه گردیده است. کلمات کلیدی: جزر و مد، توربین محور افقی، دیفیوزرهای تقویت کننده، دینامیک سیالات محاسباتی، تئوری ممنتوم المان پره
- Abstract
- Concerns arising from the completion of fossil fuels and energy made human to look for a solution to extract energy from renewable resources. Ocean energy is one of the sources of renewable energy. Ocean has wide potential for renewable energy in the form of waves, tides, temperature difference between cold water in depth and warm water at surface and difference in salinity in craters of the rivers. Tidal energy is caused by gravitational force of moon on seas. Due to this gravity and circulation of moon around the earth a flow in fluid is created. There are many ways to obtain the kinetic energy from the flow of fluid. The horizontal axis tidal turbines are one of the many turbines which can extract kinetic energy of the fluid. These turbines technology are similar to horizontal axis wind turbines. In this study, for two reasons, we have discussed about horizontal axis tidal turbines. The technology of horizontal axis wind turbine already exists in Iran, and on the other hand there is enough potential for using tidal energy in aqueous area in south. Since the experimental method is costly and time-consuming, and require some equipment for testing and developing models. To evaluate the effect of the channel on turbine and finding the correct pattern of the flow passing through the turbine, computational fluid dynamics method comparing to experimental tests are fast and cost-effective. SST turbulence model presents a correct pattern of behavior of the impact of flow to turbine and its walls. In the process of numerical solution we have used equations discretization of finite volume method based on networking of finite element. Numerical simulation is a universal method used to optimize and verify the effective parameters. Firstly, experimental scale geometries are identified and assessed and then the geometry is modeled by numerical methods and the blade element momentum theory with an error of less than 10? of the experimental results. In the next section some of the best examples of geometric tidal flow channel amplifier according to available resources are selected and compared with the speed and flow rate. In comparison with free flow, all channels have caused the speed to increase 1.2 up to 2.2 times. Considering better amplification of flow, the optimum channel was selected for analysis. This channel has increased the speed of the turbine at the middle section for 2.2 times. Finally, we have designed a turbine covered by the mentioned channel in a laboratory scale. In this plan, using SST turbulence models and numerical methods, the aforesaid turbine with the channel has been analyzed. The results show that using this type of channel in turbine will improve performance approximately 4 times compare to channel less model. At the end we have presented a table which shows the extractable power and thrust of a tidal turbine with a diameter of 10 meters covered with amplifying channel according to the condition of southern sea. Keywords: Tidal, Horizontal Axis Turbine, Diffiuser Augmented, CFD, BEM
