مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه بر هم‌کنش سیال و سازه به منظور بررسی اثرات جنس و ضخامت اجزای پره‌ی توربین بادی محور افقی سایز کوچک بر تغییر شکل پره

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدرس
2 استادیار دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
انرژی بادی در سال‌های اخیر در بین منابع تجدیدپذیر انرژی رشد قابل توجهی داشته است. با بزرگ شدن روز افزون توربین‌های بادی و افزایش ظرفیت آن‌ها، مساله‌ی برهم‌کنش سازه و سیال به موضوع مهمی در طراحی آنها بدل خواهد شد. در این پژوهش ابتدا اثرات سرعت باد و جنس اجزای سازنده‌ی پره بر میزان تغییر شکل استاتیک پره‌ی یک توربین بادی محور افقی سایز کوچک با استفاده از شبیه‌سازی عددی بررسی شده است. مقدار پارامترهای گشتاور شفت و گشتاور فِلپ پایه‌ی پره حاصل از شبیه‌سازی عددی تطابق خوبی را با مقادیر تجربی نشان می‌دهد. نتایج این پژوهش از افزایش جابجایی نوک پره با افزایش سرعت باد حکایت دارد؛ با این حال شیب این افزایش در ناحیه‌ی با سرعت باد 10 تا 15 متر بر ثانیه به علت وقوع پدیده‌ی جدایش در پره‌ی توربین، کاهش خواهد داشت. در ادامه اثر جنس مواد اجزای مختلف پره‌ی توربین بر تغییر شکل بررسی و ساختارهای با کمترین تغییر شکل تعیین شده‌اند. ضخامت اجزای مختلف پره‌ی توربین بادی با پوسته‌ی از جنس اپوکسی‌گلاس و اسپار و ریشه از جنس فیبرکربن با توجه به معیار شکست بیشینه کرنش به دست آمده است. ضخامت نهایی پوسته برابر 2.1 میلی‌متر، ضخامت اسپار برابر 2.8 میلی‌متر و ضخامت ناحیه‌ی ریشه برابر 10 میلی‌متر محاسبه شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

FSI Simulation of a Small Size Horizontal Axis Wind Turbine to investigate The Effects of Blade Thickness and Material on Blade Deformation

نویسندگان English

Mohammad Hossein Giahi 1
Ali Jafarian Dehkordi 2
چکیده English

In the recent years, wind energy had a faster growth compared with the other renewable energies. The interaction between fluid and structure becomes more important as the wind turbine size and its power production capacity increases. In the present research, the effect of wind speed and blade materials on static deformation of a small size horizontal axis wind turbine blade has investigated. The shaft torque and root flap bending moment values obtained from simulation are in a good agreement with experimental data. Results demonstrated that the deformation of the blade increases as the wind speed grows although the increase rate has declined in the mean wind speed range because of the occurrence of separation phenomenon on the blade surface. The effect of blade components materials on blade deformation was investigated and the least deformed configurations were introduced. The thickness of the designated blade components has been investigated by means of the maximum strain theory. The final thickness of the skin, spur and root was estimated by 2.1 mm, 2.8 mm and 10 mm respectively which are 30% less than the primary one.

کلیدواژه‌ها English

Horizontal axis wind turbine
Aerodynamics
Fluid Structure Interaction
Numerical simulation