۲۶ نتیجه برای توربین بادی
علی اسفندیاری، مجید بازارگان،
دوره ۱۴، شماره ۲ - ( ۲-۱۳۹۳ )
چکیده
با توجه به رشد روزافزون مصرف انرژی از یک سو و کاهش منابع سوختهای فسیلی از سوی دیگر، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر از جمله انرژی باد، در کانون توجه پژوهشگران قرار گرفته است. از میان انواع توربین های بادی که به منظور دریافت توان الکتریکی از جریان باد مورد استفاده قرار می گیرند، توربین های بادی محور عمودی به دلیل عدم وابستگی به جهت وزش باد، حساسیت کمتر نسبت به آشفتگی جریان و تولید صدای کمتر، امکان استفاده در مناطق شهری و در نزدیکی مصرف کنندگان را فراهم می سازند. در این مقاله یک توربین بادی محور عمودی با پره های مستقیم به روش دینامیک سیالات محاسباتی به صورت سه بعدی مدلسازی شده و نتایج حاصل از حل عددی آن با نتایج آزمایشگاهی سایر پژوهشگران اعتبارسنجی گردیده است. پس از آن، اثر تغییر محل اتصال پره های روتور به بازوهای نگهدارنده و گام اولیه پره مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد که در نمونه مورد بررسی، انتخاب گام اولیه و محل اتصال مناسب پره می تواند بیشینه ضریب عملکرد توربین را به ترتیب ۶۵ و ۶۰ درصد افزایش دهد
حسین حفیظی راد، مرتضی بهبهانی نژاد، سید سعید بحرینیان، پویا طبیبی،
دوره ۱۴، شماره ۳ - ( ۳-۱۳۹۳ )
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.
سید علی کاظمی، مهدی نیلی احمد آبادی، محسن ثقفیان، احمد صداقت،
دوره ۱۵، شماره ۱ - ( ۱-۱۳۹۴ )
چکیده
نسبت ضریب برآ به پسا در پرههای توربین بادی، از پارامترهای تأثیر گذار در ضریب توان توربین بادی می‌باشد. با توجه به کارآیی توربین‌های بادی مگنوس در سرعتهای کم وزش باد، این نوع توربین‌ها مورد توجه بسیاری از محققین بوده است. در کار حاضر، هندسه جدیدی برای مقطع پره توربین‌های بادی مگنوس معرفی می‌شود. هندسه معرفی شده، برپایه هندسه تردمیل می‌باشد با این تفاوت که قطر دایره ابتدای آن از قطر دایره انتهای آن بیشتر است. در کار حاضر با قرار دادن این هندسه در معرض جریان هوا با سرعت کم و ایجاد سرعت مماسی روی سطح، تأثیر آن بر ضرایب برآ و پسا به روش عددی بررسی می‌شود. اثر ایجاد سرعت مماسی روی سطح در سرعت‌ها و زوایای حمله مختلف بررسی می شود و با وضعیت سطح بدون سرعت مقایسه می گردد. نتایج نشان می دهد به واسطه سرعت مماسی سطح ، ضرایب برآ و پسا و نسبت این دو ضریب تغییر چشمگیری می یابد. در اثر حرکت مماسی سطح، بیشترین نسبت ضریب برآ به پسا مربوط به زاویه حمله صفر درجه بوده که مقدار آن برابر با ۱۰۹ می باشد. علاوه بر این، بیشینه نسبت ضریب برآ به پسا در زاویه حمله ۵ درجه برابر ۸۱، در زاویه حمله ۱۰ درجه برابر ۶۴ و در زاویه حمله ۱۵ درجه برابر ۵۷ می‌باشد. قابل ذکر است که نتایج این روش جهت تعیین سرعت گردش مناسب سطح، باتوجه به زاویه حمله و سرعت جریان هوای آزاد، برای رسیدن به بیشترین نسبت ضریب برآ به ضریب پسا قابل استفاده خواهد بود.
محمد حسین گیاهی، علی جعفریان دهکردی،
دوره ۱۵، شماره ۵ - ( ۵-۱۳۹۴ )
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 ۱۰ تا ۱۵ 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 ۲,۱ میلیمتر، ضخامت اسپار برابر ۲.۸ میلیمتر و ضخامت ناحیه‌ی ریشه برابر ۱۰ میلیمتر محاسبه شده است.
مهدی زمانی، محمد جواد مغربی،
دوره ۱۵، شماره ۱۱ - ( ۱۱-۱۳۹۴ )
چکیده
در این پژوهش، عملکرد یک توربین بادی محور عمودی پره مستقیم نوع داریوس با استفاده از پرههای J شکل مورد بررسی قرار می گیرد. پرههای J شکل به دلیل بهره‌گیری همزمان از نیروهای برآ و پسا در سرعتهای باد پایین عملکرد بهتری ارائه می‌دهند، از این رو پیش‌بینی می‌شود که استفاده از این پره‌ها گشتاور راه‌اندازی توربین را تا حد قابل قبولی تقویت و توان خروجی را بهبود بخشد. هدف اصلی در این پژوهش، یافتن مقطع J شکل بهینه برای دستیابی به بهترین منحنی عملکرد توربین است. به همین منظور شبیه سازی عددی روی یک توربین بادی محور عمودی با ظرفیت ۳ کیلووات با پرههای مختلف J شکل انجام شده است. این پره‌ها از مقاطع J شکل با حذف ناقص سمت فشار ایرفویل غیرمتقارن Du ۰۶-W-۲۰۰ ایجاد می‌شوند. جهت شبیه سازی، از نرم‌افزار منبع باز اوپن‌فوم بهره گرفته شده است. مشاهده شد که حالت بهینه برای مقاطع J شکل، با حذف سمت فشار از محل بیشینه ضخامت ایرفویل مرجع ایجاد می‌شود و بیشترین توان خروجی با استفاده از این مقطع بدست می‌آید. نتایج نشان می‌دهند که استفاده از مقطع J شکل مشکل راه‌اندازی خودکار توربین را با تقویت گشتاور راه‌اندازی، به میزان قابل ملاحظه‌ای بهبود می‌بخشد. همچنین ارتعاشات و تنش‌های وارده بر مجوعه یاتاقان‌ها و محور دوران روتور با استفاده از مقطع J-شکل کاهش می‌یابد و جریان حول توربین پایدارتر می‌شود.
سید جواد حسینی نیا، خلیل خلیلی، سید محمد امام،
دوره ۱۵، شماره ۱۱ - ( ۱۱-۱۳۹۴ )
چکیده
آزمون مودال یکی از روش‌های کاربردی جهت شناسایی ویژگی‌های دینامیکی سازه‌ها می‌باشد. بازرسی عملکرد سازه جهت جلوگیری از قرار گیری در شرایط تشدید و تخریب، از طریق انجام این آزمون و به دست آوردن مودهای ارتعاشی، امکان پذیر می‌باشد. با توجه به اینکه هر نقطه از سازه تحت ارتعاش، دارای جابجایی، سرعت و شتاب خاص است، با اندازه گیری هرکدام از این سه مورد در یک بازه زمانی مشخص و پردازش داده‌های مربوط به آن، می‌توان پارامترهای مودال سازه را به دست آورد. در این تحقیق از روش غیر تماسی بینایی استریو جهت داده برداری از پره توربین بادی ۵/۲ کیلو وات به طول ۳ متر، تحت آزمون مودال عملیاتی، استفاده شده است. ابتدا فرایند کالیبراسیون دوربین‌ها و سپس استخراج داده‌های سه بعدی از تصاویر ضبط شده حین آزمون، صورت گرفته است و پس از آن با تحلیل داده‌ها، پارامترهای مودال پره استخراج گردیده. در آخر، پارامترهای مودال به دست آمده توسط سیستم بینایی استریو با پارامترهای مودال به دست آمده از دو روش آنالیز المان محدود و آزمون شتاب سنج مقایسه شدهاند و مشخص شد سیستم بینایی جهت یافتن فرکانس طبیعی اولین مود مناسب بوده و از صحت کافی برخوردار است. همچنین فرکانس طبیعی اولین مود در مقایسه با نتایج المان محدود و روش شتاب سنج، به ترتیب ۱۰,۳۶% و ۲.۶۷% اختلاف نشان داده است.
وحید فضل الهی، مصطفی تقی زاده،
دوره ۱۶، شماره ۴ - ( ۴-۱۳۹۵ )
چکیده
در این مقاله، به منظور بهبود عملکرد کنترل کننده و افزایش بازده ی توربین بادی ۶۶۰ کیلووات وستاس، تحقیقاتی مبتنی بر تئوری و تجربه با استفاده از داده های عملی صورت گرفته و یک کنترل کننده ی فیدبک حالت طراحی شده است. داده های واقعی به دست آمده از سایت بادی بینالود، نشان می دهد که این توربین ها دارای بازده ی پایینی می باشند. این مسئله ناشی از عملکرد ضعیف کنترل کننده های کلاسیک در ردیابی توان ماکزیمم (در ناحیه ی بار جزئی) و همچنین خطای قابل ملاحظه در اندازه گیری سرعت باد می باشد. در این تحقیق، برای رفع این مشکلات، یک کنترل کننده ی فیدبک حالت که باعث بهبود عملکرد توربین می شود، طراحی شده است. در این کنترل کننده، به منظور کنترل گشتاور ژنراتور، از سرعت ژنراتور و گشتاور آیرودینامیکی فیدبک گرفته شده است. همچنین با استفاده از سرعت زاویه ای روتور و گشتاور آیرودینامیکی، مقدار سرعت باد با دقت بسیار مطلوب تری در مقایسه با اندازه گیری سرعت باد با بادسنج، تخمین زده شده است. با توجه به اینکه طراحی کنترل کننده و همچنین شبیه سازی عملکرد سیستم کنترلی نیاز به مدل دقیق سیستم دارد، مدل سازی کامل توربین باد در زیرسیستم های مختلف انجام شده و پارامترهای آن با استفاده از داده های واقعی شناسایی شده اند. شبیه سازی های انجام شده در نرم افزار متلب نشان دهنده ی بهبود عملکرد کنترل کننده ی فیدبک حالت طراحی شده در مقایسه با کنترل کننده ی کلاسیک استفاده شده در توربین واقعی می باشد.
سعید فدایی نایینی، عباس مزیدی،
دوره ۱۶، شماره ۶ - ( ۶-۱۳۹۵ )
چکیده
در این پژوهش، معادلات حرکت برای یک توربین بادی محور افقی با پایه متحرک بدست آمده و فرکانس‌های طبیعی و ارتعاشات آزاد سیستم مورد بررسی قرار گرفته‌است. پایه توربین بادی بصورت صلب و پرههای آن بصورت تیرهای انعطاف‌پذیر مدلسازی شدهاست. خمش و پیچش پره به عنوان دو درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. شافت متصل به پره، به صورت صلب فرض شدهاست. در این مقاله به طور خاص یک توربین بادی ۵ مگاواتی محور افقی مورد بررسی قرار گرفته‌است که پایه آن در آب شناور بوده و دارای سه سرعت زاویه‌ای در جهات مختلف است. با توجه به شکل پیچیده پره و متغیر بودن خواص آن در طول، خصوصیات مقطع به مقطع پره یک توربین ۵ مگاواتی واقعی استخراج شده و سپس جرم و پارامترهای هندسی آن به کمک برازش منحنی توسط نرم‌افزار متلب در طول پره استخراج شدهاند. معادلات حرکت و شرایط مرزی به کمک اصل همیلتون استخراج شدهاند و سپس با استفاده از روش گالرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شدهاند. پس از آن با تنظیم معادلات به فرم فضای حالت، مقادیر ویژه محاسبه و فرکانس‌ها بدست آمده اند. به منظور بررسی صحت معادلات، نتایج بدست آمده در حالت‌های خاص با نتایج پژوهش‌های پیشین مقایسه شده که همخوانی خوبی بین نتایج وجود دارد. سپس اثر پارامترهای مختلف بر روی تغییرات فرکانس توربین و پاسخ‌های زمانی ارتعاشات پره توربین بررسی شدهاست. نتایج نشان می‌دهد سرعت دورانی پایه توربین و همینطور تغییرات سرعت دورانی پره‌هابرفرکانس‌های سیستم و ارتعاشات آزاد پره توربین تاثیرات قابل توجهی دارند.
امیر نجات، حمید رضا کاویانی،
دوره ۱۶، شماره ۱۱ - ( ۱۱-۱۳۹۵ )
چکیده
در این مقاله یک روش بهینه‌سازی آیرودینامیکی سریع و کارآمد برای توربین‌های بادی کلاس مگاوات ارائه شده است. برای این منظور توربین بادی دبلیوپی-پایه با توان خروجی نامی ۱,۵ مگاوات به عنوان مورد آزمون استفاده می‌شود. در این تحقیق از روش بهینه‌سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. برای افزایش کارآیی و سرعت چرخه بهینه‌سازی مطالعه پارامتری بر روی روش بهینه‌سازی ازدحام ذرات انجام شده است. برای محدود کردن تعداد متغیرها از روش انتقال تابع کلاس/تابع شکل برای پارامتری نمودن هندسه پره استفاده شده و درجه مناسب چند جمله‌ای توابع شکل برای ایرفویل اس-۸۱۸، اس-۸۲۵ و اس-۸۲۶ تعیین شده است. روش بهینه شده اندازه حرکت المان پره برای برآورد توان خروجی توربین باد در چرخه بهینه‌سازی استفاده می‌شود. بدین منظور ابتدا اعتبار این روش بوسیله مقایسه با داده‌های تجربی و داده‌های دینامیک سیالات محاسباتی توربین آ-او-سی مورد بررسی قرار می‌گیرد. داده‌های آیرودینامیکی مورد نیاز برای روش بهینه شده اندازه حرکت المان پره با استفاده از نرم‌افزار ایکس‌فویل بدست می‌آید. داده‌های خروجی نرم‌افزار ایکس‌فویل و دینامیک سیالات محاسباتی برای ضریب فشار ایرفویل با استفاده از داده‌های تجربی اعتبار سنجی شده است. زاویه پیچش، وتر و ۳ نوع ایرفویل مورد استفاده برای تمام بخش‌های پرههای توربین بهینه‌سازی شده است. بهینه‌سازی با استفاده از قیود واقع‌بینانه انجام شده است. عملکرد هندسه بهینه‌سازی شده نهایی از طریق معادلات حالت پایای تراکم ناپذیر ناویر-استوکس همراه با مدل آشفتگی انتقال تنش برشی شبیه سازی شده است. نتایج نشان می‌دهند که حدود ۴ درصد افزایش توان برای توربین بدست آمده است.
آرش حاتمی، بهنام معتکف ایمانی،
دوره ۱۶، شماره ۱۱ - ( ۱۱-۱۳۹۵ )
چکیده
در سال‌های اخیر با توجه به کاربرد گسترده توربین‌های بادی، بهبود سیستم کنترلی آنها با هدف کاهش بارهای مکانیکی مورد توجه بوده است. از طرفی در توربین‌های بادی مدرن، ژنراتور سنکرون با تحریک الکتریکی در ساختار درایو مستقیم (بدون گیربکس) به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. در این پژوهش، مزیت بهره‌گیری از ولتاژ تحریک ژنراتور سنکرون و زاویه گام پره‌ها در ساختار کنترلی نوین چندمتغیره-تطبیقی توربین بادی مورد تحقیق قرار می‌گیرد. اهداف کنترلی محدود کردن نوسانات سرعت دورانی روتور و کاهش بارهای مکانیکی وارد بر برج می‌باشد. ساختار کنترلی متمرکز بر اساس مدل دینامیکی توربین بادی و با لحاظ کردن اثرات متقابل آیرودینامیکی، ارتعاشاتی و الکتریکی طراحی می‌گردد. تعیین بهره‌های ماتریس کنترلی با توجه به مدل غیرخطی و پیچیده توربین، با بهره‌گیری از روش‌های بهینه‌سازی انجام می‌شود. رفتار آیرودینامیکی پره‌ها تابعی غیرخطی از شرایط کاری می‌باشد و برای دستیابی به رفتار دینامیکی یکنواخت، بهره‌های کنترلی در شرایط مختلف محاسبه و به روش جدول‌بندی بهره پیاده‌سازی می‌گردد. در توربین‌های بادی، عوامل مختلفی همچون دینامیک‌های سیستم الکتریکی، محدودیت‌های کنترل دیجیتال و نویز سیگنال می‌تواند بر عملکرد کنترلی تاثیرگذار باشد. به منظور بررسی این اثرات، شبیه‌ساز توربین بادی توسعه داده می‌شود و عملکرد کنترلگر چندمتغیره-تطبیقی به صورت سخت‌افزار در حلقه مورد تحقیق قرار می‌گیرد. با مقایسه عملکرد کنترلگر طراحی شده و کنترلگر چندمتغیره دو ورودی-یک خروجی در شرایط باد مغشوش، بارهای مکانیکی وارد بر برج به میزان ۲۶ درصد کاهش می‌یابد و در نتیجه عمر برج به عنوان یکی از اجزا اصلی توربین افزایش می‌یابد.
علیرضا زاهدی، سید امیرعلی امیرخلیلی، علی غفاری‌نژاد،
دوره ۱۶، شماره ۱۲ - ( ۱۲-۱۳۹۵ )
چکیده
نیروگاه‌های بادی به عنوان یکی از منابع انرژی‌های تجدیدپذیر بعضاً در ساعات پیک مصرف جواب‌گو نیستند؛ لذا ایجاد یک سیستم ذخیره‌سازی توان و پشتیبان برای این نیروگاه‌ها ضروری به نظر می‌رسد. در این پژوهش یک سیستم هیبریدی متشکل از چهار جزء اصلی توربین بادی، الکترولیزر، ذخیره هیدروژن و پیل سوختی، جهت تأمین توان قابل‌اطمینان ارائه گردید. در ساعات کم باری، توان اضافی تولیدشده وارد واحد الکترولیز شده و در آنجا آب به هیدروژن و اکسیژن تبدیل می‌شد. هیدروژن در ساعات پیک مصرف برای تولید برق وارد پیل سوختی می‌گردید تا تقاضای برق شبکه ارضا گردد. در این پژوهش ابتدا با ساخت آزمایشگاهی سیستم مذکور میزان تولید هیدروژن توسط الکترولیزر و میزان تولید توان توسط پیل سوختی بررسی شد. بیشترین میزان هیدروژن تولیدی توسط این سیستم در هر ساعت به طور متوسط ۳۰۴ میلی‌لیتر بود. در نتیجه میزان توان تولیدی توسط پیل سوختی ۱۰۰۸ میلی‌وات محاسبه شد. از سویی سیستم هیبریدی مذکور ظرفیت توربین بادی را به میزان ۱,۸ % افزایش داد. همچنین میزان توان خروجی الکترولیزر حدود ۵۰% و میزان توان تولیدی پیل سوختی در حالت ماکزیمم ۶.۷ % خروجی الکترولیزر محاسبه گردید. با در نظر گرفتن این دو مقدار، میزان توان تولیدی پیل سوختی نسبت به توان خروجی از توربین بادی ۱ به ۳۰ به دست آمد. در ادامه سیستم هیبریدی ساخته شده برای تامین برق ۲۰۵ خانوار مدل شد و مطالعه موردی برای سیستم مورد نظر در منطقه کوهین انجام شد. مطالعه موردی ونیز تحقیقات آزمایشگاهی برای سیستم هیبریدی مذکور برای اولین بار در ایران صورت گرفته است.
امیرحسین اصغرنیا، رضا شهنازى، علی جمالی،
دوره ۱۷، شماره ۳ - ( ۳-۱۳۹۶ )
چکیده
در این مقاله، کنترل‌کننده تناسبی، انتگرال‌گیر و مشتق‌گیر مرتبه کسری (PID مرتبه کسری) بهینه برای کنترل زاویه گام توربین بادی از نوع فراساحلی با توان ۵ مگاوات پیشنهاد شده است. این کنترل‌کننده، در سرعت‌هایی که بیش از سرعت نامی توربین باشد، فعال می‌شود تا با تنظیم زاویه حمله پرههای توربین بادی، سرعت زاویه‌ای ژنراتور و در نتیجه توان توربین را در مقادیر نامی نگاه دارد. از طرفی چون نامعینی در مدل برای کاربردهای واقعی اجتناب‌ناپذیر است، کنترل‌کننده پیشنهادی نیاز به دانستن مدل توربین ندارد. برای یافتن متغیرهای کنترل‌کننده PID مرتبه کسری، تابع هدفی مرکب پیشنهاد شده است که حاصل جمع قدر مطلق سیگنال خطا و قدر مطلق نرخ سیگنال کنترلی در سه سرعت باد مختلف در ابتدا، میانه و انتهای بازه خواهد بود. بدین‌ترتیب، کنترل‌کننده طراحی شده قادر خواهد بود تا در تمام سرعتهای باد، عملکرد مطلوبی داشته باشد و نیاز به کنترل‌کننده‌های پیچیده و غیرخطی را مرتفع سازد. تابع هدف تعریف شده، توسط سه الگوریتم تکامل تفاضلی، الگوریتم کرم شب‌تاب و الگوریتم ازدحام ذرات مورد کمینه‌سازی قرار می‌گیرد. در ادامه برای ارزیابی قوام کنترل‌کننده PID مرتبه کسری طراحی شده و مقایسه آن با کنترل‌کننده PID مرتبه صحیح بهینه، توربین بادی تحت پروقیل‌های باد با سرعت‌ها و نوسانات مختلف قرار می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که کنترل‌کننده PID مرتبه کسری عملکرد و قوام بهتری در تنظیم کردن سرعت و توان ژنراتور نسبت به کنترل‌کننده PID مرتبه صحیح بهینه از خود نشان می‌دهد.
مریم امیری، محسن کهرم، علیرضا تیمورتاش،
دوره ۱۷، شماره ۵ - ( ۵-۱۳۹۶ )
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 (۳،۴و ۶) 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 ۳ پره با مقدار ضریب توان بیشینه ۲۱/۰ در نسبت سرعت نوک ۵/۰، 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 ۱۰۴×۷/۷ تا ۱۰۵×۲/۱ تاثیر چندانی بر عملکرد روتور ندارد.
مجتبی طحانی، وحید اصفهانیان، محمد فریدون نژاد،
دوره ۱۷، شماره ۱۰ - ( ۱۰-۱۳۹۶ )
چکیده
در پژوهش‌های مرتبط با توربین‌های دارای کانال به‌منظور لحاظ کردن اثرات کانال، روند حل اغلب وابسته به پارامترهای برخاسته از تست‌های تجربی و یا دینامیک سیالات محاسباتی است. در پژوهش حاضر هدف ارائه روشی به منظور در نظرگرفتن اثرات کانال جریان و همچنین هاب توربین بر عملکرد توربین بادی، بدون نیاز به تست‌های هزینه‌بر تجربی و شبیه‌سازی‌های عددی زمان‌بر است. بدین منظور از روش جریان پتانسیل استفاده می‌شود و تنها ضرایب برآ و پسا به عنوان ورودی مساله در نظر گرفته می‌شوند. روش گردابه‌های سطح و تئوری خط برآزا بر پایه قانون بایوت-ساوارات به عنوان روش‌های عددی به منظور تحلیل عملکرد توربین بادی محور افقی دارای کانال استفاده شدهاند. با استفاده از نرم افزار متلب الگوریتم ارائه‌شده برنامه‌نویسی شدهاست. اعتبارسنجی روش با استفاده از نتایج تجربی توربین بادی محور افقی دارای کانال دانکی انجام شدهاست. نتایج بدست آمده تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی موجود در مراجع دارند. به منظور نشان دادن تاثیر کانال بر عملکرد توربین بادی، توان خروجی توربین دارای کانال با توان خروجی همان توربین در حالت بدون کانال مقایسه شدهاست. منحنی توان نشان‌دهنده افزایش توان خروجی در حالت دارای کانال است.
سپهر راسخ، سعید کریمیان علی ابادی، محمد حسینی دوست،
دوره ۱۸، شماره ۳ - ( ۳-۱۳۹۷ )
چکیده
در این پژوهش، مدل های نیمه تحلیلی و عددی موجود که به منظور بررسی اثرات واماندگی دینامیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند با هم مقایسه شده اند، و نقاط قوت و ضعف هر کدام بیان می‌گردد. مقایسه نتایج شبیه‌سازی، با استفاده از داده های ازمایشگاهی انجام شده است. روش‌های نیمه تحلیلی مورد بررسی، روش لیشمن-بدووس، روش اسنل و روش اونرا می باشند و برای شبیه سازی عددی از روش حجم محدود در محیط نرم افزار فلوئنت استفاده شده است. ضریب برا با استفاده از همه روش‌های یاد شده برای حالت های مختلف به دست اورده شده است و برای به دست اوردن ضریب پسا در حالت دینامیکی از روش های عددی و لیشمن-بدووس استفاده می‌شود. پارامتر هایی که برای مقایسه مدل های مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند، میزان بیشینه ضریب نیروی برا و زاویه حمله رخداد ان، میزان خطا در فاز افزایش زاویه حمله و میزان خطا در فاز کاهش زاویه حمله می‌باشند. نتایج نشان می‌دهند که از بین روش های نیمه تحلیلی، روش لیشمن-بدووس دقت بیشتری در پیش بینی ضریب برا دارد، و روش عددی اگرچه می تواند جزئیات بیشتری از جریان را نسبت به روش های نیمه تحلیلی مورد بررسی قرار دهد، اما این روش به خصوص در فاز کاهش زاویه حمله خطا دارد. نتایج شبیه سازی ضریب پسا نشان می‌دهد که روش عددی دقت بیشتری در پیش‌بینی این ضریب نسبت به روش لیشمن-بدووس دارد. نتایج به دست امده می‌تواند محققان را در انتخاب مدل مناسب واماندگی دینامیکی برای بررسی ایرودینامیکی توربین های بادی یاری کند.
حامد علیصادقی، حسین صفی‌پور، حجت رضایی‌فرد،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
حرکت پیچشی و انتقالی همزمان یک ایرفویل در معرض جریان هوا می‌تواند همچون یک توربین بادی از جریان ورودی انرژی دریافت نماید. این امر در صورتی امکان‌پذیر است که پارامترهای موثر بر عملکرد این توربین بهصورت مناسبی انتخاب شده باشند. در این تحقیق جریان غیردایم دوبُعدی حول یک توربین بادی دوباله با حرکت متقارن با استفاده از نرم‌افزار تجاری FLUENT مورد بررسی قرار گرفته است. به‌منظور شبیه‌سازی حرکت پیچشی- انتقالی ایرفویل نوسان‌کننده از شبکه‌ای دینامیک یا متحرک استفاده شده است. با بررسی پارامترهای مختلف هندسی، حرکتی و لزج، ضمن بررسی تاثیر هر یک از این پارامترها، نقشه راندمان دریافت انرژی در بازه گسترده‌ای از فرکانس‌ها و دامنه‌های پیچشی برای ایرفویل ناکا ۰۰۱۵ در رینولدز ۴۱۰۰، ترسیم شده است. نتایج مطالعه پارامتری نشان می‌دهد که پارامترهای مربوط به حرکت همچون دامنه حرکت انتقالی و فرکانس، تاثیر بسزایی روی عملکرد ایرفویل دارد، در حالی که پارامترهای هندسی از درجه اهمیت کمتری برخورداند. همچنین نتایج تحقیق در رابطه با ایرفویل دوباله در مقایسه با حالت تک‌باله نشان می‌دهد که استفاده از این ترکیب می‌تواند راندمان سیستم را تا ۷% افزایش دهد و به مقدار قابل توجه ۴۹% برساند.
نعمت کرامت‌سیاوش، غلامحسن نجفی، تیمور توکلی، برات قبادیان، اسمعیل محمودی،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
در پژوهش حاضر عملکرد یک توربین بادی پوشش‌دار در مقایسه با توربین بادی معمول در تونل باد بررسی شده است. توربین‌های پوشش‌دار نوعی از توربین‌های بادی کوچک هستند که یک دیفیوزر در اطراف روتور قرار گرفته و باعث افزایش دبی جریان هوا از میان پره‌ها شده است و در نتیجه توان بیشتری را جذب می‌کنند. پره توربین از کامپوزیت رزین پلی‌استر با الیاف شیشه و بهصورت توخالی ساخته شده است. پوشش مورد استفاده نیز به روش نورد نوارهای فولادی روی سطح شیب‌دار ساخته شده است تا بتواند شکل ظاهری قابل قبولی نیز داشته باشد. طبق طراحی BEM، توان توربین بدون پوشش با درنظرگرفتن ۲۰% اُفت توان به‌علت اصطکاک، اینرسی و بازده ژنراتور، ۳۰۰وات در سرعت باد ۱۰متر بر ثانیه است که نتایج تونل باد، ۱۶۵وات را در این سرعت نشان داد. ارزیابی سامانه در تونل باد نشان داد که توان تولیدی سامانه پوشش‌دار نسبت به توربین معمولی به‌طور متوسط ۳۷% بیشتر است. بیشترین توان تولیدی توربین پوشش‌دار ۲۸۶وات به دست آمد. سرعت روتور توربین پوشش‌دار به‌طور متوسط ۶۱% بیشتر از توربین بدون پوشش بود که باعث بالارفتن نسبت سرعت نوک پره می‌شود.
رحیم حسن‌زاده، میلاد محمدنژاد،
دوره ۱۹، شماره ۱۱ - ( ۸-۱۳۹۸ )
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از شبیه‌سازی عددی، به بررسی تاثیر هم‌پوشانی داخلی بر عملکرد توربین بادی محور عمودی دوپره ساونیوس پرداخته می‌شود. روتور درنظرگرفته‌شده دردو نوع متعارف و باخ است. به این منظور مشخصه‌های توان توربین بادی در محدوده نسبت سرعت نوک پره از ۰/۲ تا ۱/۲ و سرعت باد ۳، ۵ و ۷متر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه‌سازی مشخصه‌های آشفتگی، مدل SST k-ω مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج به‌دست آمده با داده‌های موجود در ادبیات فن اعتبارسنجی شدهاند. رفتار لحظه‌ای جریان و داده‌های متوسط زمانی برای دو روتور مورد نظر یعنی نوع متعارف و نوع باخ ارائه شدهاند. نتایج به‌دست آمده از این تحقیق نشان می‌دهد که به ازای کلیه مقادیر سرعت نوک پره و سرعت باد، مقدار بهینه هم‌پوشانی به ترتیب برای روتورهای نوع متعارف و نوع باخ برابر ۰/۲ و ۰/۱ است. از طرفی، حداکثر ضریب توان روتور متعارف و باخ، بدون توجه به مقدار سرعت باد و نسبت هم‌پوشانی، به ترتیب در نسبت سرعت نوک پره ۰/۸ و ۰/۷ حاصل می‌شود. نهایتاً، مشخص شد که به ازای هر مقدار نسبت سرعت نوک پره و نسبت هم‌پوشانی در هر دونوع روتور، مقدار ضریب توان با افزایش سرعت باد افزایش می‌یابد.
حسین سیفی داوری، شهریار کوراوند، ایمان خاتمی،
دوره ۲۰، شماره ۱ - ( ۱۰-۱۳۹۸ )
چکیده
عامل مهم تاثیرگذار در بازدهی توربین، دوران توربین است. هرچه دوران روتور در سرعتهای مختلف به خصوص در سرعتهای پایین، بیشتر باشد باعث افزایش توان می‌شود. در این راستا ابتدا ایرفویل NACA۰۰۱۵ انتخاب و برای تحلیل عددی از روش توربولانسی K-ω SST استفاده و با نتایج آزمایشگاهی صحت‌سنجی شد. سپس توربین بادی در نرم‌افزار CATIA طراحی و ساخته شد. ورق آلومینیومی استفاده‌شده از آلیاژ سری یک که برای ساخت پرههای صاف و متخلخل از ورق ساده و امباس لوزی شکل که بهصورت خلل و فرج و به ضخامت ۰/۳میلیمتر است. برای ایجاد جریان باد از دمنده چهار فن و برای محاسبه دقیقتر وسایل مورد استفاده در اندازهگیری، آزمون و ساخت کالیبره شدهاند. نتایج نشان می‌دهد که توربین بادی محور عمودی داریوس پره متخلخل و صاف در سرعت ۲/۳ و ۳/۹متر بر ثانیه شروع به دوران کرده است. در سرعت ۲/۵ و ۳متر بر ثانیه توربین بادی پره متخلخل دو برابر و در سرعت ۴متر بر ثانیه سه برابر توربین بادی پره صاف دوران داشته است. در سرعت ۴/۵، ۵، ۵/۵، ۶، ۶/۵ و ۷متر برثانیه ثانیه دوران توربین بادی پره متخلخل نسبت به توربین بادی پره صاف ۵۶/۲۵%، ۲۰%، ۲۲%، ۱۵%، ۷/۵% و ۱۲% بیشتر و در سرعت ۸ تا ۱۰متر بر ثانیه توربین بادی پره متخلخل و صاف دوران تقریباً برابری دارند.
غلامحسین ملکی، سیاوش طباطبائیان، محمدرضا سلطانی، علیرضا داوری،
دوره ۲۰، شماره ۸ - ( ۵-۱۳۹۹ )
چکیده
در مطالعه حاضر، پروفیل سرعت لحظه‌ای در پشت یک ایرفویل بهصورت تجربی در دو عدد رینولدز متفاوت اندازهگیری شده است. داده‌های حاصل از این اندازهگیری برای مطالعه پروفیل دنباله و ضریب نیروی پسای ایرفویل در شرایط گوناگون استفاده می‌شود. در روش‌های مرسوم و متداول برای محاسبه ضریب نیروی پسای ایرفویل از طریق اندازهگیری سرعت در پشت ایرفویل، از ترم‌های سرعت اغتشاشی معادله مومنتوم صرفه‌نظر می‌شود. اگرچه، در زوایای حمله متوسط به بالا که جریان مغشوش می‌شود و جدایش هم اتفاق می‌افتد، ماهیت جریان سه‌بعدی می‌شود و نادیده‌گرفتن ترم‌های اغتشاشی سرعت (در سه‌بعد) در محاسبه ضریب پسای ایرفویل ممکن است منجر به کسب داده‌های اشتباه شود. در مطالعه حاضر به‌منظور افزایش دقت محاسبه تجربی ضریب پسای ایرفویل برای محدوده زوایای حمله متوسط به بالا، ترم‌های سرعت اغتشاشی در محاسبه ضریب پسای ایرفویل لحاظ می‌شود و این امر منجر به برقراری همخوانی مطلوب بین نتایج عددی و تجربی می‌شود، در حالی که برای محدوده زوایای حمله اندک، به‌منظور افزایش دقت محاسبه تجربی ضریب پسا و ایجاد یک تطابق مطلوب بین نتایج عددی و تجربی، می‌توان از اثرات ترم‌های سرعت اغتشاشی در محاسبه تجربی ضریب پسای ایرفویل صرفه‌نظر کرد.
