مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی آزمایشگاهی و عددی عملکرد آیرودینامیکی یک نوع توربین بادی محور عمودی با پره های لولایی

نویسندگان
1 دانشگاه فردوسی مشهد
2 استاد-دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
یکی از بزرگترین معایب توربین‌های بادی محور عمودی عمل کننده بر اساس نیروی پسا ، عملکرد آیرودینامیکی ضعیف این توربین‌هاست که عمدتا به دلیل گشتاور معکوس پره پشت به باد است. اخیرا طرح جدیدی با استفاده از پره‌های جمع و باز شونده به منظور حذف گشتاور منفی پره‌های بازگشتی ارائه شده است. در مقاله حاضر عملکرد آیرودینامیکی توربین پیشنهاد شده به روش آزمایشگاهی و عددی مطالعه شده است. آزمایشات در یک تونل باد زیر صوتی و شبیه‌سازی های عددی با استفاده از نرم-افزار انسیس فلوئنت و روش قاب متحرک انجام شده است. اثرات تعداد پره (3،4و 6) و شدت آشفتگی و صفحات انتهایی بر ضریب گشتاور و ضریب توان در اعداد رینولدز مختلف بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد، روتور جدید در یک دوره چرخش کامل، گشتاور منفی ندارد و روتور 3 پره با مقدار ضریب توان بیشینه 21/0 در نسبت سرعت نوک 5/0، بهترین عملکرد آیرودینامیکی را داراست. اگرچه با افزایش تعداد پره، نوسانات گشتاور خروجی کاهش می‌یابد لیکن ضریب توان روتور نیز کاهش می‌یابد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که عدد رینولدز در بازه مورد مطالعه 104×7/7 تا 105×2/1 تاثیر چندانی بر عملکرد روتور ندارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Investigations on the Aerodynamic Performance of a Hinged Bladed Vertical Axis Wind Turbine

نویسندگان English

Maryam Amiri 1
Mohsen Kahrom 1
Ali Reza Teymourtash 2
چکیده English

One of the disadvantages of drag driven vertical axis wind turbines, is low aerodynamic performance of the turbine which is mainly due to adverse torque of the returning blade. A recently introduced design suggests using opening/closing blades for the rotor to eliminate the negative torque of the returning blade. In this study, the aerodynamic performance of the newly proposed turbine has been investigated experimentally and numerically. The experimental measurements are performed in a subsonic open-jet type wind tunnel facility. However, the numerical simulations are performed using the Ansys-Fluent commercial software, using the Multiple Reference Frame model (MRF). The effects of the number of blades (3, 4 and 6-bladed), end plates and turbulence intensity on the torque and power coefficients are examined in details, in several Reynolds numbers. Results show that the new rotor has no negative torque in one complete revolution and the 3-bladed rotor has the best aerodynamic performance, in a manner that, it reaches a maximum power coefficient of 0.21 at TSR=0.5. Although increasing the number of blades decreases the output torque oscillations, it also decreases the average power coefficient of the rotor. Results also show that, Reynolds number does not have significant effects on the average power coefficients of the rotors, in the studied range of Reynolds numbers, 7.7×104 ≤ Re ≤ 1.2×105.

کلیدواژه‌ها English

Vertical axis wind turbine
Aerodynamic Performance
Multiple Reference Frame
End plates