مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تاثیر اندازه هم‌پوشانی بر عملکرد توربین بادی محور عمودی ساونیوس در دو مدل متعارف و باخ

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از شبیه‌سازی عددی، به بررسی تاثیر هم‌پوشانی داخلی بر عملکرد توربین بادی محور عمودی دوپره ساونیوس پرداخته می‌شود. روتور درنظرگرفته‌شده دردو نوع متعارف و باخ است. به این منظور مشخصه‌های توان توربین بادی در محدوده نسبت سرعت نوک پره از ۰/۲ تا ۱/۲ و سرعت باد ۳، ۵ و ۷متر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه‌سازی مشخصه‌های آشفتگی، مدل SST k-ω مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج به‌دست آمده با داده‌های موجود در ادبیات فن اعتبارسنجی شده‌اند. رفتار لحظه‌ای جریان و داده‌های متوسط زمانی برای دو روتور مورد نظر یعنی نوع متعارف و نوع باخ ارائه شده‌اند. نتایج به‌دست آمده از این تحقیق نشان می‌دهد که به ازای کلیه مقادیر سرعت نوک پره و سرعت باد، مقدار بهینه هم‌پوشانی به ترتیب برای روتورهای نوع متعارف و نوع باخ برابر ۰/۲ و ۰/۱ است. از طرفی، حداکثر ضریب توان روتور متعارف و باخ، بدون توجه به مقدار سرعت باد و نسبت هم‌پوشانی، به ترتیب در نسبت سرعت نوک پره ۰/۸ و ۰/۷ حاصل می‌شود. نهایتاً، مشخص شد که به ازای هر مقدار نسبت سرعت نوک پره و نسبت هم‌پوشانی در هر دونوع روتور، مقدار ضریب توان با افزایش سرعت باد افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


1-. Savonius SJ.. The S-rotor and its application. Mechanical Engineering. 1931;53:333-338. [Link]
Damak A, Driss Z, Abid MS. Optimization of the helical Savonius rotor through wind tunnel experiments. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2018;174:80-93. [Link] [DOI:10.1016/j.jweia.2017.12.022]
Hassanzadeh R, Yaakob O, Taheri MM, Hosseinzadehe M, Ahmed YM. An innovative configuration for new marine current turbine. Renewable Energy. 2018;120:413-422. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2017.11.095]
Ferrari G, Federici D, Schito P, Inzoli F, Mereu R. CFD study of Savonius wind turbine:3D model validation and parametric analysis. Renewable Energy. 2017;105:722-734. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2016.12.077]
Kacprzak K, Liskiewicz G, Sobczak K. Numerical investigation of conventional and modified Savonius wind turbines. Renewable Energy. 2013;60:578-585. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2013.06.009]
Amiri M, Kahrom M, Kianifar A. Numerical and experimental investigation on effects of the primary and secondary overlaps on the performance of Savonius wind turbine. Modares Mechanical Engineering. 2015;15(6):123-131. [Persian] [Link]
Mereu R, Federici D, Ferrari G, Schito P, Inzoli F. Parametric numerical study of Savonius wind turbine interaction in a linear array. Renewable Energy. 2017;113:1320-1332. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2017.06.094]
Al-Kayiem HH, Bhayo BA, Assadi M. Comparative critique on the design parameters and their effect on the performance of S-rotor. Renewable Energy. 2016;99:1306-1317. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2016.07.015]
Roy S, Ducoin A. Unsteady analysis on the instantaneous forces and moment arms acting on a novel Savonius-style wind turbine. Energy Conversion and Management. 2016;121:281-296. [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2016.05.044]
Jeon KS, Jeong JI, Pan JK, Ryu KW. Effects of end plates with various shapes and sizes on helical Savonius wind turbines. Renewable Energy. 2015;79:167-176. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2014.11.035]
Sharma S, Kumar Sharma R. Performance improvement of Savonius rotor using multiple quarter blades - A CFD investigation. Energy Conversion and Management. 2016;127:43-54. [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2016.08.087]
Zhang B, Song B, Mao Zh, Tian W. A novel wake energy reuse method to optimize the layout for Savonius-type vertical axis wind turbines. Energy. 2017;121:341-355. [Link] [DOI:10.1016/j.energy.2017.01.004]
Shaheen M, Abdallah Sh. Development of efficient vertical axis wind turbine clustered farms. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016;63:237-244. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2016.05.062]
Wenehenubuna F, Saputraa A, Sutanto H. An experimental study on the performance of Savonius wind turbines related with the number of blades. Energy Procedia. 2015;68:297-304. [Link] [DOI:10.1016/j.egypro.2015.03.259]
Ali MH. Experimental comparison study for Savonius wind turbine of two & three blades at low wind speed. International Journal of Modern Engineering Research (IJMER). 2013;3(5):2978-2986. [Link]
Debnath P. Flow physics analysis of three-bucket helical Savonius rotor at 90ᵒ twist angle using CFD. International Journal of Modern Engineering Research (IJMER). 2013;3(2):739-746. [Link]
Saha UK, Thotla S, Maity D. Optimum design configuration of Savonius rotor through wind tunnel experiments. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2008;96(8-9):1359-1375. [Link] [DOI:10.1016/j.jweia.2008.03.005]
Roy S, Saha UK. Wind tunnel experiments of a newly developed two-bladed Savonius-style wind turbine. Applied Energy. 2015;137:117-125. [Link] [DOI:10.1016/j.apenergy.2014.10.022]
Lee JH, Lee YT, Lim HC. Effect of twist angle on the performance of Savonius wind turbine. Renewable Energy. 2016;89:231-244. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2015.12.012]
Menter FR. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. The American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal. 1994;32(8):1598-1605. [Link] [DOI:10.2514/3.12149]
Elbatran AH, Ahmed YM, Shehata AS. Performance study of ducted nozzle Savonius water turbine, comparison with conventional Savonius turbine. Energy. 2017;134:566-584. [Link] [DOI:10.1016/j.energy.2017.06.041]
Blackwell BF, Sheldahl RE, Feltz LV. Wind tunnel performance data for two- and three-bucket Savonius rotors. Technichal Report. Albuquerque: Sandia Labs; 1977. Report No: SAND-76-0131. [Link]