توربین بادی داریوس برخلاف توربین‌های محورافقی با مشکل خود راه‌اندازی و نوسان بالا در گشتاور خروجی مواجه است. محاسبه شتاب و گشتاور نوسانی توربین‌های بادی محورعمودی، به دلیل نیاز به تکنیک‌های مبتنی بر شبکه‌بندی و حل همزمان معادلات اویلری حاکم بر جریان سیال و معادلات لاگرانژی حاکم بر بدنه صلب توربین، از پیچیدگی و محاسبات بالایی برخوردار بوده و تابعی از ممان اینرسی توربین است. اما در بیشتر مطالعات پیشین بدون توجه به این اثر، سرعت زاویه‌ای توربین ثابت فرض شده است. در این مطالعه با محاسبه برآیند نیروهای آیرودینامیکی ناشی از باد و نیروهای خارجی ناشی از اصطکاک و ژنراتور، از قانون دوم نیوتن، شتاب، و با انتگرال‌گیری از آن در گام‌های زمانی، سرعت و موقعیت توربین محاسبه می‌شود. معادلات حاکم بر سیال بر اساس روش حجم محدود گسسته و توسط الگوریتم پیزو حل شده است. شبیه‌سازی به‌صورت غیرپایا و از شبکه پویا برای بررسی حرکت روتور استفاده شده است. نتایج توانسته اثر متقابل جریان باد و تیغه‌های صلب در روند افزایش سرعت توربین را بررسی و حرکت روتور را از لحظه سرعت صفر تا زمانی که توربین به سرعت حدی خود می‌رسد شبیه‌سازی کند. علل کاهش گشتاور در سرعت دورانی پایین‌تر از حد بهینه بررسی و نشان داده شده واماندگی بالا و گریز جریان از داخل روتور بدون برخورد با تیغه‌ها، در سرعت‌های دورانی پایین، موجب افت توان تولیدی می‌شود. ممان اینرسی نقش مهمی بر فرکانس و دامنه‌ی سرعت زاویه‌ای، نوسانات گشتاور خروجی و توان خروجی توربین داشته که در تحلیل پدیده خستگی از اهمیت زیادی برخوردار است.

واژه‌های کلیدی: توربین باد، داریوس، برهم‌کنش سیال و جسم صلب

متن کامل [PDF 1008 kb]   (5394 دریافت)