طراحی و تحلیل عددی توربین هیدروکویل با پره گام ثابت و متغیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران، پژوهشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران

2 استادیار، موسسه آموزش عالی انرژی ساوه، ساوه، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در سال­های اخیر، نیاز به تولید انرژی با هزینه پایین، به‌کارگیری توربین­های هیدرولیکی در ابعاد میکرو را مورد توجه گسترده جهانی قرار­داده­است. هزینه پایین ساخت، راه­اندازی و نگهداری، هد و دبی پایین مورد نیاز، ابعاد کوچک، بی­نیازی از شبکه گسترده انتقال برق و تمرکز­زدایی از تولید برق با حذف نیروگاه­های بزرگ حرارتی، آبی و ... از جمله ویژگی­های منحصر به فرد توربین­های میکرو هستند. توربین هیدروکویل به عنوان یک توربین جریان محوری به­روز، کارا و ارزان قیمت، یکی از بهترین گزینه­ها برای تولید پراکنده برق است. هیدروکویل با الهام از توربین پیچی ارشمیدس طراحی شده­است و تفاوت آن با توربین ارشمیدس در متغیر بودن گام پره و زاویه نصب توربین است. در این پژوهش، توربین هیدروکویل در دو نمونه با گام ثابت و گام متغیر تحت شرایط یکسان مورد مطالعه عددی قرارگرفته­است تا اثر تغییر گام بر نقطه­ی بهینه عملکرد در هد ثابت و پنج سرعت دورانی مختلف تعیین گردد. نتایج به‌دست‌آمده، افزایش 30 تا 40 درصدی توان تولیدی و بازده توربین گام متغیر نسبت به توربین گام ثابت را نشان می­دهد. این نتایج زمینه­ی لازم جهت ساخت نمونه بهینه توربین هیدروکویل با گام متغیر را برای اولین بار در کشور فراهم می­سازد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Rorres C., Optimal design of an Archemedes screw, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 126, No. 1, 2000.
[2] Muller G., Senior J., Simplified theory of Archimedean screws, Journal of Hydraulic Research, Vol. 47, No. 5 , pp. 666–669, 2009.
[3]  Murray Lyons, William David Lubitz, Archimedes screws for power generation, Engineering and Technology Conference ESFuelCell2013, July 14-19, 2013, Minneapolis, MN, USA  
[4]Dirk M., Nuernbergk, Chris Rorres, Analytical Model for Water Inflow of an Archimedes Screw Used in Hydropower Generation, Journal of Hydraulic Engineering, Volume 139, Issue 2, 2013.
[5] Marcel Wright, Testing of a 60% Archimedes Screw Turbine, University of Calgary, thesis for degree of master of science, canada, 2012.
[6] Makoto SHIMOMURA, Masao TAKANO, Modeling and Performance Analysis of Archimedes Screw Hydro Turbine Using Moving Particle Semi-Implicit Method, Journal of Computational Science and Technology, Vol. 7, No. 2, 2013.
[7] Brada K,,Wasserkraftschnecke ermöglicht Stromerzeugung über Kleinkraftwerke, Maschinenmarkt Würzburg, (14), 52–56, 1999.(in German).
[8] Schleicher W.C, Numerical Investigation and Performance Characteristic Mapping of an Archimedean Screw Hydro turbine, Lehigh University, thesis for degree of master of science, Pennsylvania,usa ,2012.
[9] aprilliyanyo A., Design of a prototype hydro coil turbine applied as micro hydro solution, ASEAN journal of system engineering, Vol 1, No.2 December 2013.
[10] Riglin J. D.l, Cavitation Study of a Micro hydro Turbine , PHD thesis, Lehigh University, Pennsylvania,usa 2012.
[11] Rosefsky B.,. Jonathan K.. Ribbon drives power generation and method of use, U.S.patent NO. 8,148,839B2.
[12] Alexander K.V., Giddens E.P., Fuller A.M., Axial-flow turbines for low head micro hydro systems, Renewable Energy, Vol. 34, pp. 35-47, 2005.
[13] Flunet tutorial guide, 2015.
[14] Mohd ARIFF, Salim M. SALIM, Siew Cheong CHEAH, WALL Y+ APPROACH FOR DEALING WITH TURBULENT FLOW OVER A SURFACE MOUNTED CUBE: PART 1 – LOW REYNOLDS NUMBER, Seventh International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia 9-11 December 2009.