مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه آزمایشگاهی تاثیر پره متخلخل بر دوران توربین بادی محور عمودی داریوس

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار، چابهار، ایران
2 گروه فنی کشاورزی، پردیس فنی ابوریحان دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
عامل مهم تاثیرگذار در بازدهی توربین، دوران توربین است. هرچه دوران روتور در سرعت­های مختلف به خصوص در سرعت‌های پایین، بیشتر باشد باعث افزایش توان می‌شود. در این راستا ابتدا ایرفویل NACA۰۰۱۵ انتخاب و برای تحلیل عددی از روش توربولانسی K-ω SST استفاده و با نتایج آزمایشگاهی صحت‌سنجی ­شد. سپس توربین بادی در نرم‌افزار CATIA طراحی و ساخته شد. ورق آلومینیومی استفاده‌شده از آلیاژ سری یک که برای ساخت پره­های­ صاف و متخلخل از ورق ساده و امباس لوزی شکل که به­صورت خلل و فرج و به ضخامت ۰/۳میلی­متر است. برای ایجاد جریان باد از دمنده چهار فن و برای محاسبه دقیق­تر وسایل مورد استفاده در اندازه­گیری، آزمون و ساخت کالیبره شده­اند. نتایج نشان می‌دهد که توربین بادی محور عمودی داریوس پره متخلخل و صاف در سرعت ۲/۳ و ۳/۹متر بر ثانیه شروع به دوران کرده است. در سرعت ۲/۵ و ۳متر بر ثانیه توربین بادی پره متخلخل دو برابر و در سرعت ۴متر بر ثانیه سه برابر توربین بادی پره صاف دوران داشته است. در سرعت ۴/۵، ۵، ۵/۵، ۶، ۶/۵ و ۷متر برثانیه ثانیه دوران توربین بادی پره متخلخل نسبت به توربین بادی پره صاف ۵۶/۲۵%، ۲۰%، ۲۲%، ۱۵%، ۷/۵% و ۱۲% بیشتر و در سرعت ۸ تا ۱۰متر بر ثانیه توربین بادی پره متخلخل و صاف دوران تقریباً برابری دارند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Study of Porous Blade Effect on the Rotation of Darriues Vertical Axis Wind Turbine

نویسندگان English

H. Seifi Davary 1
Sh. Kouravand 2
I. Khatami 1
1 Mechanical Engineering Department, Ocean Engineering Faculty, Chabahar Maritime University, Chabahar, Iran
2 Agro-Technology Department, Abouraihan College, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده English

The important factor in turbine efficiency is turbine rotation. The higher the rotor time at different speeds, especially at low speeds, increases the turbine power. In this regard, first, the airfoil NACA0015 was selected and the K-ω SST turbulence method was used for numerical analysis. The validation was performed using experimental results. The wind turbine was designed and fabricated by CATIA software. The aluminum sheet used by a series alloy is used to make smooth, porous leaves from simple cards and diamond-shaped leaves, in a porous form with 0.3 mm thick. The instrument used in measurement, testing and fabrication have been calibrated to compute more precisely and to generate wind flow from the four-fan blower. The results show that the darriues vertical axis wind turbine with porous and flat blades has begun to rotation at the speed of 2.3 and 3.9 m/s. At the speed of 2.5 and 3 m/s, the rotation of wind turbine porous blade doubled and at the speed of 4 m/s, its rotation speed was 3 times higher than the speed of straight blade turbine. The rotation of wind turbine porous blade in speeds of 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 and 7 m/s were 56.25 %, 20 %, 22 %, 15 %, 7.5 %, and 12% higher than the straight blade turbine and in speed of 8-10 m/s the rotation of the straight blade turbine and porous blade turbine is almost equal.

کلیدواژه‌ها English

Wind Energy
Straight Blade
Porous Blade
rotation
Wind turbine
Firdaus R, Kiwata T, Kono T, Nagao K. Numerical and experimental studies of a small vertical-axis wind turbine with variable-pitch straight blades. Journal of Fluid Science and Technology. 2015;10(1):JFST0001. [Link] [DOI:10.1299/jfst.2015jfst0001]
Zamani M, Nazari S, Moshizi SA, Maghrebi MJ. Three dimensional simulation of J-shaped Darrieus vertical axis wind turbine. Energy. 2016;116(Part 1):1243-1255. [Link] [DOI:10.1016/j.energy.2016.10.031]
Wong KH, Chong WT, Sukiman NL, Poh SC, Shiah YC, Wang CT. Performance enhancements on vertical axis wind turbines using flow augmentation systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017;73:904-921. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2017.01.160]
Berg DE. Structural design of the sandia 34-meter vertical-axis wind turbine [Report]. Albuquerque: Sandia National Laboratories; 1985 April. Report No.: SAND84-1287. [Link]
Van Bussel GJW. A momentum theory for winglets on horizontal axis wind turbine rotors and some comparison with experiments. 4th IEA Symposium on the Aerodynamics of Wind Turbines, 1990 November 19-20, Rome, Italy. Unknown Publisher: Unknown Publisher: 1990. [Link]
Stoddard FS. Discussion of momentum theory for windmills [Report]. Amherst: University of Massachusetts Amherst; 1976. Unknown Report No. [Link]
Coppens AJ. Jones S. Davis Engineering Ltd, Canada. Energy, Mines and Resources Canada. Investigation of alternative materials for use in mid-size vertical axis wind turbine blades: Materials assessment. Ottawa: Echnology Branch, Energy, Mines and Resources; 1987. [Link]
Wang Y, Yan C, Zhou T. Numerical investigation of dynamic stall vortex movement of different thickness airfoils. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics. 2006;32(2):153-157. [Link]
Dominy R, Lunt P, Bickerdyke A, Dominy J. Self-starting capability of a Darrieus turbine. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 2007;221(1):111-120. [Link] [DOI:10.1243/09576509JPE340]
Edwards J, Durrani N, Howell R, Qin N. Wind tunnel and numerical study of a small vertical axis wind turbine. 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2008 January 7-10, Reno, Nevada. Reston: AIAA; 2008. p. 1316. [Link] [DOI:10.2514/6.2008-1316]
Wang S, Ingham DB, Lin M, Pourkashanian M, Tao Z. Numerical investigations on dynamic stall of low Reynolds number flow around oscillating airfoils. Computers & Fluids. 2010;39(9):1529- 1541. [Link] [DOI:10.1016/j.compfluid.2010.05.004]
Hayashi T, Li Y, Hara Y. Wind tunnel tests on a different phase three-stage Savonius rotor. JSME International Journal Series B Fluids and Thermal Engineering. 2005;48(1):9-16. [Link] [DOI:10.1299/jsmeb.48.9]
Kouravand Sh, Moetakef Imani B, Mashaallah Kermani A. Design and analysis of a small wind turbine with combined airfoil. Journal of Renewable and New Energy. 2017;3(2):65-73. [Persian] [Link]
Sobhani E, Ghaffari M, Maghrebi MJ. Numerical investigation of dimple effects on darrieus vertical axis wind turbine. Energy. 2017;133:231-241. [Link] [DOI:10.1016/j.energy.2017.05.105]
Vince J. Mathematics for computer graphics. 3rd Edition. Berlin: Springer; 2017. pp: 17-37. [Link] [DOI:10.1007/978-1-4471-7336-6]
Cutler J, Liber J. Understanding aircraft structures. 4th Edition. Oxford: Blackwell Publishing; 2005. p. 340. [Link]
Pinkerton RM. The variation with Reynolds number of pressure distribution over an airfoil section [Report]. Washington, D.C.: National Advisory Committee for Aeronautics; 1938. Report No.: NACA-TR-613. [Link]
Danao LA, Abuan B, Howell R. Design analysis of a horizontal axis tidal turbine. 3rd Asian Wave and Tidal Conference, 2016 October 24-28, Singapore. Diliman: University of the Philippines; 2016. [Link]