مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

اثر زاویه حمله پره بر عملکرد توربین باد محوری عمودی داریوس با پره J- شکل

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران ایران
2 مرکز تحقیقاتی هوا خورشید، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
چکیده
انسان همواره به‌دنبال راه‌هایی برای تولید انرژی الکتریکی ارزان و دائمی است. یکی از این راه‌ها، استفاده از توربین‌های بادی است. توربین‌های بادی محور عمودی به‌دلیل مشکل راه‌اندازی و بازده پایین نسبت به توربین‌های محور افقی، کمتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. از راه‌های بهبود عملکرد توربین‌های باد محور عمودی، تغییر زاویه حمله ایرفویل نسبت به باد است. در این مطالعه، از روش دینامیک سیالات محاسباتی برای حل معادلات حجم محدود جریان استفاده شده است. زوایای مختلف حمله از ۱۲- تا ۱۰+ درجه و سرعت باد ۱۰ متر بر ثانیه و چگالی ۱/۲۲۵ کیلوگرم بر متر مکعب و ویسکوزیته دینامیکی ثابت ۱/۸۲۵ پاسکال‌ثانیه استفاده شده است. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه حمله ایرفویل تا ۱۰+ درجه، ضریب توان و گشتاور نسبت به حالت مرجع (صفر) کاهش می‌یابد و با کاهش زاویه حمله ایرفویل تا ۴- درجه، ضریب توان و گشتاور افزایش و بعد از آن در ۸- تا ۱۲- درجه کاهش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Effect of Blade Angle of Attack on the Performance of the Darius J-Shaped Vertical Axial Wind Turbine

نویسندگان English

A. Taban 1
A. Jalali 1
M. Zamani 2
1 Mechanical Engineering Departement, Engineering Faculty, Payam-e-Noor University, Tehran, Iran
2 Wind Sun Research Center, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Humans are always looking for ways to produce cheap and permanent electricity. One of these ways is to use wind turbines. The vertical axis wind turbines are less sensitive due to the problem of the setup and low efficiency compared to the horizontal axis turbines. One way to improve the performance of VAWTs is to change the angle of attack of the wind turbine blade. In this study, the computational fluid dynamics method is used to solve the finite volume flow equations. Different angles of attack range from -12 to +10 degrees and wind speeds of 10m/s and density of 1.225kg/m3 and constant dynamic viscosity of 1.825psi were used. The calculations showed that by increasing the angle of attack of the blade to +10 degrees Cp and Torque decreased, by decreasing angle of attack of the blade to -4 degree, Cp and Torque increased, but by more decreasing AOA of -8 to -12 degrees Cp and torque decreased.

کلیدواژه‌ها English

Vertical Axis Wind Turbine of Darrius
J-Shape Blade
2D Simulation
Angle of Attack (AoA)
ren21.net [Internet]. Paris: Renewables 2018 global status report; 2018. [Unknown Cited]. Available from: https://www.ren21.net/reports/global-status-report/. [Link]
Lanzafame R, Messina M. Design and performance of a double-pitch wind turbine with non-twisted blades. Renewable Energy. 2009;34(5):1413-1420. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2008.09.004]
Abbasi T, Premalatha M, Abbasi T, Abbasi SA. Wind energy: Increasing deployment, rising environmental concerns. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014;31:270-288. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2013.11.019]
Kinaci E. Numerical and experimental investigation of the rotor blades of an HAWT with a profile HKAS inspired by a maple seed [Dissertation]. Duisburg: University of Duisburg-Essen; 2011. [Link]
Abdolrahim R, Kalkman I, Blocken B. Effect of pitch angle on power performance and aerodynamics of a vertical axis wind turbine. Applied Energy. 2017;197:132-150. [Link] [DOI:10.1016/j.apenergy.2017.03.128]
Elsakka MM, Ingham DB, Ma L, Pourkashanian M. CFD analysis of the angle of attack for a vertical axis wind turbine blade. Energy Conversion and Management. 2019;182:154-165. [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2018.12.054]
Guo Y, Li X, Sun L, Gao Y, Gao Z, Chen L. Aerodynamic analysis of a step adjustment method for blade pitch of a VAWT. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2019;188:90-101. [Link] [DOI:10.1016/j.jweia.2019.02.023]
Esfandyari A, Bazargan M. Numerical investigation of the effect of junction and initial blade step on performance of a vertical axis bad turbine. Modares Mechanical Engineering. 2014;14(2):79-84. [Link]
Sagharchi A, Maghrebi MJ, Arabgelarche AR. Numerical investigation of darius wind turbine with variable step angle. Second International Conference and Third National Conference on the Application of New Technologies in Engineering Sciences, Ferdowsi University of Mashhad. Tehran: Civilica; 2015. [Link]
Khosravi H, Jamil M, Sabaeefard P. Optimization of the saunius wind turbine by CFD calculation of blade effects. The First Annual Conference on Clean Energy, International Center for Advanced Science and Technology and Environmental Sciences, Kerman. Tehran: Civilica; 2010. [Link]
White F. Viscous fluid flow. 2nd Edition. New York: McGraw-Hill; 1991. [Link]
Chorin, AJ. Vorticity and turbulence. London: Springer; 1994. [Link] [DOI:10.1007/978-1-4419-8728-0]
Katz J, Plotkin A. Low speed aerodynamics. Cambridge: Cambridge University Press; 2012. [Link]
Moran J. An introduction to theoretical and computational aerodynamics (Dover books on aeronautical engineering). New York: Dover Publications; 2010. [Link]
Blazek J. Computational fluid dynamics: Principles and applications. 2nd Edition. Amsterdam: Elsevier; 2005. [Link]
Bravo R, Tullis S, Ziada S. Performance testing of a small vertical-axis wind turbine. Conference Proceedings of the 21st Canadian Congress of Applied Mechanics (CANCAM07); 2007 Jun 3, Quebec, Canada. Unknown Publisher; 2007. [Link]
Zamani M, Nazari S, Moshizi SA, Maghrebi MJ. Three dimensional simulation of J-shaped darrieus vertical axis wind turbine. Energy. 2016;116(1):1243-1255. [Link] [DOI:10.1016/j.energy.2016.10.031]
Almohammadi K, Ingham DB, Ma L, Pourkashanian M. CFD modelling Investigation of a straight-blade vertical axis wind turbine. The 13th International Conference on Wind Engineering (ICWE13), 2011, Amsterdam, Netherland. Unknown Publisher; 2011. [Link]