مدلسازي و بهينه سازي توربين بادي عمود محور

كارشناسي ارشد

توربين‌هاي عمود محور با پره خميده (داريوس) به دليل سازگاري با شرايط محيطي و باد در جهت‌هاي مختلف و همچنين توانايي كاركرد در سرعت‌هاي زياد مورد توجه هستند. مهم‌ترين عيب اين توربين‌ها ضريب توان كم آن‌ها و نيروهاي عمودي زيادي است كه به پره‌هاي آن اعمال مي‌شود. بنابراين، به حداكثر رساندن ضريب توان و به حداقل رساندن نيروي عمودي كل وارد بر اينگونه توربين‌هاي عمود محور يك مسئله مهم در جهت بهبود عملكرد و طول عمر توربين است كه تاكنون مورد مطالعه قرار گرفته نشده است. مدل لوله جريان چندگانه دوتايي (DMST) يكي از روش‌هاي بسيار پر كاربرد و دقيق براي تجزيه و تحليل عملكرد و بهينه‌سازي توربين‌هاي عمود محور است، كه روتور توربين را به دو بخش بالادست و پايين‌دست روتور تقسيم مي‌كند. نوآوري اين پژوهش مدلسازي و بهينه‌سازي يك توربين عمود محور 3 متري با هندسه روتور جديد با هدف افزايش ضريب توان و به حداقل رساندن نيروي عمودي كل وارد به توربين است. فرآيند بهينه‌سازي توربين با تعريف توابع هدف به عنوان ضريب توان (تابع هدف І) و نيروي عادي كل (تابع هدف ІІ) و همچنين متغير‌هاي طراحي مانند نسبت قطر به ارتفاع (β)، نسبت ابعاد تيغه (μ)، سرعت چرخشي (ω)، زاويه گام (αp)، نسبت سرعت نوك (λ) و ضريب شكل (j) انجام شده است. نتايج بهينه‌سازي نشان مي‌دهد كه در نقطه بهينه نهايي طراحي توربين بهينه شده داراي هندسه روتور بيضوي (0/5=j) با سرعت چرخشي 121/5 دور بر دقيقه، ˚1/4-=β=1/3،μ=19/8،λ=4/3،αp و مقادير تابع هدف اول (ضريب توان) و تابع هدف دوم (نيروي عمودي كل) به ترتيب 0/49 و 158/7 نيوتون است. در نهايت تاثير ايرفويل‌هاي متقارن NACA 0012، NACA 0015 و NACA 0018 و ايرفويل نامتقارن NACA 7512 روي ضريب توان، نيروي عمودي و توزيع گشتاور توربين بهينه بررسي شده است كه نتايج نشان مي‌دهد كه NACA 0018 از ايرفويل‌هاي ديگر مناسب‌تر است.

208139

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك-تبديل انرژي

سپهر صنايع