مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مقایسه عملکرد ایروالاستیسیته پره های مبنا و بهینه شده در یک توربین بادی محور افقی

نویسندگان
1 دانشیار دانشگاه فردوسی
2 دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
در این تحقیق، دو پره بهینه شده و مبنا یک توربین بادی محور افقی از دیدگاه ایروالاستیسیته مقایسه شده اند. به منظور بهینه سازی پره، ابتدا با استفاده از تئوری‌ المان پره BEM , وتر و زاویه نصب بهینه در مقاطع مختلف شعاعی پره محاسبه می‌شود. سپس شکل بالواره ها نیز توسط حل جریان لزج، الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی در زوایای حمله مختلف بهینه می گردد و در نهایت شکل پره بهینه شده استخراج میشود. شبکه بکار گرفته شده از نوع بی سازمان با المان های چهار وجهی میباشد. در روند شبیه سازی جریان سیال از الگوریتم سیمپل و روش مرتبه دوم بالا دست استفاده شده است. در ابتدا نیروهای فشاری و لزجی توسط حل دینامیک سیالات محاسباتی برروی گره های شبکه پره محاسبه می شوند، سپس این نیروها بطور مستقیم در تحلیل الاستیسیته پره مورد استفاده قرار می گیرند. در این مرحله، علاوه بر نیروهای ایرودینامیکی, نیروهای اینرسی حاصل از چرخش پره توربین باد نیز در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از تحلیل ایرودینامیکی برروی پره ها حاکی از افزایش راندمان و اختلاف فشار بیشتردر طرفین پره بهینه شده میباشد. نتایج حاصل از تحلیل تنش-کرنش نیز نشان میدهد که تنش ماکزیمم در پره بهینه شده کمتر از پره مبنا ، ضریب اطمینان و توان متوسط توربین با پره بهینه نیز بیشتر از پره مبنا می باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Comparison of Aeroelastic performance base and optimized blades of Horizontal Axis Wind Turbine

نویسندگان English

Mohammad Hassan Javareshkian 1
Mohammad Reza Saber 2
چکیده English

In this study, the results of two optimized and base blades of a horizontal axis wind turbine with aeroelastic point of view are compared . In order to optimization, the chord length and the twist angle of the blade at various radiuses have been calculated by BEM. The Results which are obtained from 2D Computational Fluid Dynamics (CFD) have been utilized to train a Neural Network (NN). In the process of airfoil optimization, Genetic Algorithm (GA) is coupled with trained NN to attain the best airfoil shape at each angle of the attack. Finally, the optimized blade is derived. In order to simulate the flow on two blades and obtain the aerodynamic forces, the blades and their surrounding regions are organized by unstructured grid. The SIMPLE algorithm and second order upwind scheme are used in numerical fluid flow simulation. The aerodynamic forces on the blades have been used for stress and strain analysis. At this point, in addition to the aerodynamic forces, inertia forces resulting from the rotation of the wind turbine blade is also considered. The aerodynamic results show that optimized blade has high efficiency. The results of the analysis of the stress - strain showed that maximum stress on optimized blade is less than base blade and optimized blade design is also more reliable than the blade base.

کلیدواژه‌ها English

BEM
genetic algorithm
Neural Network
Optimization