مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و بهینه سازی آیرودینامیکی پره توربین بادی مگاواتی بر پایه تئوری اندازه حرکت المان پره

نویسندگان
1 دانشجو/دانشگاه تهران
2 استاد دانشگاه / دانشگاه تهران
چکیده
در این مقاله روشی کاربردی برای طراحی آیرودینامیکی پره توربین بادی مگاواتی بر پایه تئوری اندازه حرکت المان پره ارائه شده است. روش کار به این صورت است که ابتدا بر اساس تئوری اندازه حرکت المان پره ایده آل یک طراحی اولیه انجام گرفته و سپس روشی برای اصلاحات هندسی به منظور نزدیک کردن هندسه پره به شکل عملی و کاربردی ارائه شده است. مزیت این روش آن است که طراحی پره بر پایه تعداد متغیرهای ورودی کمتری انجام می گیرد و در عین حال نتایج به دست آمده از آن مطابقت خوبی با توربین مرجع در نظر گرفته شده، یعنی توربین 5 مگاواتی مربوط به مؤسسه ملی انرژی های نوی ایالات متحده نشان می دهد. بنابراین استفاده از این روش می تواند برای دست یافتن به یک طراحی اولیه آیرودینامیکی، پایه ای مناسب باشد. در انتهای طراحی اولیه، یک بهینه سازی توسط روش الگوریتم ژنتیک و استفاده از خم بِزیِر به روی منحنی زاویه پیچش و با در نظر گرفتن تولید انرژی سالیانه به عنوان تابع هدف انجام شده است. در نهایت با استفاده از این روش یک توربین 2.5 مگاواتی با در نظر گرفتن شرایط منطقه لوتَک در نزدیکی زابل در استان سیستان و بلوچستان طراحی شده و به منظور نشان دادن کارایی آن در شرایط واقعی، شبیه سازی و حل 3 بعدی آن به روش دینامیک سیالات محاسباتی انجام شده است و نتایج آن با نتایج به دست آمده از روش اندازه حرکت المان پره مقایسه شده است که مطابقت قابل قبولی را نشان می دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Aerodynamic design and optimization of a Megawatt wind turbine blade based on Blade Element Momentum theory

نویسندگان English

Hamid Moradtabrizi 1
Amir Nejat 2
1 Student / university of Tehran
2 Professor / University of Tehran
چکیده English

In this paper, a useful method proposed for aerodynamic design of Megawatt wind turbine's blade based on Blade Element Momentum (BEM) theory‌. In this method first a preliminary design is done based on the ideal BEM and then a method have been offered for geometric modifications to approximate the geometry of the blade to a real and functionally one. The advantage of this method is that needed few design parameters that simplify the design procedure, however its results are in good agreement with 5MW NREL reference wind turbine assumed as validation case and show that with use of this method can achieve a good aerodynamic design. then the twist angle has been optimized using Genetic algorithm and Bezier curve with annual energy production (AEP) as the goal function. At the end, a 2.5 MW wind turbine has been design based on this method with considering the Lootak site specifications in province of Sistan and Baloochestan. Then 3D model of the blade has been made and CFD simulation applied on that for showing the designed turbine operation in real conditions and comparison with BEM method and there is acceptable compatibility between two analytical methods.

کلیدواژه‌ها English

Aerodynamic design
Blade Element Momentum (BEM) theory
blade geometric Modification
optimization using Genetic algorithm
3D CFD simulation