مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل لایه مرزی سه بعدی بر روی پره‌های توربین بادی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران شرکت طراحی و ساخت توربین‌های بادی آترین نقش جهان، شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان
2 دانشیار دانشگاه شهید چمران اهواز
3 دانشیار مهندسی مکانیک،دانشگاه شهید چمران
چکیده
در این مقاله، جریان لایه مرزی بر روی پره‌های توربین بادی و نحوه رخ دادن جدایش بر روی پره، به شکل سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا معادلات لایه مرزی و انتگرال مومنتوم سه بعدی برای جریان تراکم‏ناپذیر با در نظر گرفتن اثر چرخش استخراج شده است. پس از آن، با استفاده از تعریف ضریب هندسه و تئوری مومنتوم المان پره، تأثیر زاویه گام و زاویه میان جریان و بردار چرخش بر روی جملات کریولیس، اعمال شده است. سپس، با حل عددی معادلات به دست آمده برای یک پره چرخان، کمیت‌های انتگرالی و نقاط جدایش به دست آمده است و مشخصه‌های هندسی مؤثر بر روی نقاط جدایش و ساختار واماندگی مشخص شده‌اند. نتایج نشان می‏دهد که سه عامل نسبت سرعت چرخش، نسبت منظری و موقعیت شعاعی در نحوه ایجاد جدایش موثرند و با کنترل آنها، می‏توان جدایش و واماندگی را به تأخیر انداخت. ناحیه نزدیک به ریشه به شدت تحت تأثیر اثرات چرخش است. مکش گریز از مرکز حاصل از چرخش، به خصوص در نواحی نزدیک به ریشه، موجب کاهش ضخامت لایه مرزی و به تعویق افتادن جدایش و همچنین، افزایش ضرایب آیرودینامیکی پره می‌شوند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

3D Analysis of the Boundary Layer on Wind Turbine Blades

نویسندگان English

Hossein Hafizi-Rad 1
Morteza Behbahani-Nejad 2
Seyed Saied Bahrainian 3
Pouya Tabibi 1
2 Shahid Chamran University of Ahvaz
چکیده English

In this paper, three-dimensional boundary layer flows on wind turbine blades as well as separation event have been studied. At first, boundary layer and three-dimensional momentum integral equations were obtained for incompressible flow considering rotation effects. Next, the effects of pitch angle and the angle between the flow direction and rotation vector on the Coriolis terms were applied using geometry factor definition and Blade Element Momentum (BEM) theory. Then, the integral parameters and effective geometry factors on separation positions and stall structure were investigated for a rotating blade. The obtained results show that rotational ratio, aspect ratio and radial position are three basic parameters for separation occurrence and separation and stall can be delayed via controlling them. Moreover, the results show that the area near the root is strongly influenced by rotational effects. In addition, it is concluded that the centrifugal pumping due to rotation decreases the boundary layer thickness and delays separation especially in the near root region and increases the blade aerodynamic coefficients.

کلیدواژه‌ها English

Wind turbine
3D Boundary Layer
Separation Flow
Blade Element Momentum (BEM)
Rotational Effect