Modares Mechanical Engineering
مهندسی مکانیک مدرس
Modares Mechanical Engineering
Engineering & Technology
http://mme.modares.ac.ir
1
admin
1027-5940
2476-6909
10.22034/mme
fa
jalali
1397
9
1
gregorian
2018
12
1
18
9
online
1
fulltext
fa
طراحی بهینه پرهی توربین باد محور افقی کوچک با در نظر گرفتن قیود مکانیکی
Optimal Design of a Blade of a Small Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) with considering Mechanical Constraints
در این پژوهش، طراحی و بهبود آیرودینامیکی پره یک توربین بادی محور افقی کوچک جهت استخراج حداکثر توان خروجی در ضمن داشتن استحکام مکانیکی لازم برای تحمل نیروها و گشتاورهای وارده، انجام شده است. طراحی آیرودینامیکی پره با استفاده از روابط تئوری اندازه حرکت اجزای پره و با استفاده از ضرایب تصحیح مناسب جهت درنظرگرفتن اثرات سه بعدی جریان بر روی عملکرد توربین، انجام میشود. فرایند طراحی، به منظور یافتن توزیع شعاعی اندازه وتر به گونه ای که حداکثر توان ممکن از توربین باد بدست آید، تنظیم شده است. با استفاده از نتایج طراحی آیرودینامیکی، نیروهای وارد بر پرهی توربین استخراج و پره از نظر استحکام مکانیکی مورد بررسی قرارمی گیرد و تحلیل نیروهای واردشده و تحلیل تنش به منظور اصلاح ضخامت پوسته پره جهت تحمل بارهای مکانیکی وارد آن صورت گرفته است. کد عددی توسعه یافته، علاوه برآنکه ابزاری مناسب جهت طراحی آیرودینامیکی و تحلیل مکانیکی پره توربین به دست می دهد، نتایج آن برای توربین 500 واتی مورد مطالعه، منجر به افزایش حدود 5 درصدی توان شده است. از طرفی تحلیل مکانیکی پره جهت تحمل بارهای دینامیکی و استاتیکی بر اساس ضخامت پره و جنس آن نیز نشان می دهد تصحیح اندازه وتر چه تاثیر بر قابلیت اطمینان مکانیکی خواهدداشت. همچنین در این پژوهش مقدار بهینهی سرعت نسبی نوک پره استخراج شده و تاثیر سرعت نسبی نوک پره بر ضخامت پره مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی سه ایرفویل متداول انجام شده است و تاثیر توزیع طول وتر و ضریب اطمینان آنها مورد قیاس قرار گرفته است.
Aerodynamic and optimal design of a blade of a horizontal axis wind turbine (HAWT) has been performed in order to extract maximum power output with considering the strength of the blade structure resulted from different loads and moments. A design procedure is developed based on the Blade Element Momentum (BEM) theory and suitable correction factors are implemented to include three-dimensionality effects on the turbine performance. The design process has been modified to achieve the maximum power by searching an optimal chord distribution along the blade. Based on the aerodynamic design, the blade loads have been extracted and the blade mechanical strength has been investigated by analyzing the thickness of the blade surface and the blade material. The developed numerical model can be considered as a suitable tool for aerodynamically and mechanically design of a turbine blade. The results for a 500 W turbine show that the turbine performance improves by 5% approximately, by modifying chord radial distribution. Yield stress analysis shows the effect of introduced chord distribution on the blade strength, in different blade thicknesses and different blade materials. In addition, optimum tip speed ratio for having favorable mechanical safety factor is derived. Three different airfoil are examined for this investigation and comparing their mechanical safety factor.
توربین باد محور افقی,اندازه حرکت اجزای پره,توزیع شعاعی اندازه وتر,تحلیل تنش,ضخامت پوسته پره,
Horizontal Axis Wind Turbine,Blade Element Momentum Theory,Airfoil Chord radial distribution,Stress Analysis,Blade surface thickness,
122
130
http://mme.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-15-14508-1&slc_lang=fa&sid=15
Seyyed Mohammad Sajad
Seifi
سید محمد سجاد
سیفی
1003194753284600229978
1003194753284600229978
No
Mechanical and Energy Engineering Department, Shahid Beheshti University A.C., Tehran, Iran.
دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
Mohammad
Mojaddam
محمد
مجدم
1003194753284600229979
1003194753284600229979
Yes
Faculty Member, Department of Mechanical Engineering & Energy, Shahid Beheshti University
عضو هیئت علمی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
Pouyan
Hashemi Tari
پویان
هاشمی طاری
1003194753284600229980
1003194753284600229980
No
Mechanical and Energy Engineering Department, Shahid Beheshti University A.C.
دانشگاه شهید بهشتی