طراحی پره توربین باد محور افقی با روش مومنتوم المان پره به همراه حل عددی سه بعدی جریان آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان،دانشکده مهندسی مکانیک

2 استادیار، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مکانیک

چکیده

هدف این پژوهش، طراحی آیرودینامیکی پره توربین باد 20 کیلووات محور افقی، با روش مومنتوم المان پره و تحلیل عددی جریان سه بعدی اطراف آن، می­باشد. در روش مومنتوم المان پره، ابتدا، منحنی­های ضرایب آیرودینامیکی یک ایرفویل مشخص به عنوان ورودی در نظر گرفته می­شود. سپس، مشخصات هندسی مقاطع مختلف پره شامل: طول وتر، زاویه پیچش و زاویه نسبی جریان و همچنین قطر پره با این روش محاسبه می­گردد. به منظور انتخاب بهترین ایرفویل برای طراحی پره توربین باد مورد نظر، با روش مومنتوم المان پره، ضریب توان مربوط به 10 ایرفویل مختلف محاسبه شده و با هم مقایسه می­گردد. همچنین، برای کارکرد بهتر توربین باد به جای استفاده از یک نوع ایرفویل از پایه تا نوک، از 3 نوع ایرفویل NACA63-215 در پایه، Riso A1-24 در قسمت میانی و از ایرفویل FX63-137 در قسمت بیرونی پره استفاده شده است. پره طراحی شده در نرم افزار ANSYS CFX شبیه‌سازی و تحلیل می­شود. برای در نظر گرفتن اثرات چرخش پره توربین باد بر جریان اطراف آن از دو ناحیه حل استفاده می­شود. ناحیه اطراف پره، چرخشی و ناحیه بیرونی غیر­چرخشی در نظر گرفته می­شود. در هر دو مرحله طراحی و تحلیل پره، نتایج با کار معتبر دیگران در این زمینه، به صورت اعتبار­سنجی می­شود.

کلیدواژه‌ها


1] Rankine WJM., "on the mechanical principles of the action of propellers", Transt Inst Naval Archit, 6, PP.13–39, 1865. [2] Froude RE., "on the part played in propulsion by differene in pressure", Transt Inst Naval Archit, 30, pp. 390–423, 1889. [3] Lanchester FW., "A contribution to the theory of propulsion and the screw propeller",Transt Inst Naval Archit, pp. 98–116, 1915. [4] Glauert H., "Airplane propellers", In: Durand WF, editor, Aerodynamic theory, vol.4. Dover, 1943. [5] Lanzafame R., Messina M., "Fluid dynamics wind turbine design: Critical analysis, optimization and application of BEM theory", Renewable Energy 32, pp. 2291–2305, 2007. [6] Habali S.M., Saleh I.A., "Local design, testing and manufacturing of small mixed airfoil wind turbine blades of glass fiber reinforced", Energy Conversion and Management, 41, pp. 249-280, 2000. [7] Duquette M. M., "The effect of solidity and blade number on the aerodynamic performance of small horizontal axis wind turbines", Master’s thesis, Clarkson University, Potsdam, NY, 2002. [8] Wang F., Bai L., Fletcher J.,Whiteford J., Cullen D., "Development of small domestic wind turbine with coop and prediction of its annual power output", Renewable Energy, 33, pp.1637–1651, 2008. [9] Jureczko M., Pawlak M., ezyk A. M., "Optimisation of wind turbine blades", Journal of Materials Processing Technology, 167, pp. 463–471, 2005. [10] Dong L., Liao M., Li Y., Song X., Xu K., "Study on Aerodynamic Design of Horizontal Axis Wind Turbine Generator System", International Conference on Energy and Environment Technology, 2009. [11] Wenzhi L., Jianxin W., Fuhai Z., Changzeng L., "3D Modeling Methods of Aerodynamic Shape for LargeScale Wind Turbine Blades", International Conference on Information Technology and Computer Science, 2009. [12] Sedaghat A., Mirhosseini M., "Aerodynamic design of a 300 kW horizontal axis wind turbine for province of Semnan", Energy Conversion and Management, 2012. [13] Thumthae C., Chitsomboon T., “Optimal angle of attack for untwisted blade wind turbine”. Renewable Energy, 34, 1279–1284, 2009. [14] Mansour K., Yahyazadeh M., "Effects of turbulence Model in Computational Fluid Dynamics Of Horizontal Axis Wind Turbine Aerodynamic", Wseas Transactions on Applied and Theoretical Mechanics. July 2011. [15] Manwell J.F., McGowan J.G., Rogers A.L., "Wind Energy Explained", University of Massachusetts, Amherst, USA. Copyright, by John Wiley and Sons Ltd, Baffins Lane, Chichester, West Sussex PO19 IUD, England, 2002. [16] Hansen M.O.L., "Aerodynamics Of Wind Turbines", Second Edition, published by Earth scan in the UK and USA, 2008. [17] Snel H., "Review of the present state of rotor aerodynamics", Wind Energy, Pilot Issue Spring 1998. [18] Fuglsang P., "Design of a 21 m Blade with Risø-A1 Airfoils for Active Stall Controlled Wind Turbines", Risø National Laboratory, Roskilde, December 2002.