طراحی ایرفویل ترکیبی توربین بادی برای اعداد رینولدز پایین (روش عددی پنل، CFD و آزمایش تجربی در تونل باد)

طراحی ایرفویل ترکیبی توربین بادی برای اعداد رینولدز پایین (روش عددی پنل، CFD و آزمایش تجربی در تونل باد)

به صورت ورد ودر 157صفحه

در قرن اخیر با افزایش روز افزون تقاضا برای انرژی و کاهش منابع سوخت های فسیلی، نقش انرژی های تجدید پذیر در پیشرفت و توسعه کشور ها بر کسی پوشیده نیست. در این میان انرژی بادی سهم ویژه ای را به خود اختصاص داده است و در بین سایر انواع انرژی های تجدید پذیر بیشترین نرخ رشد را دارا است. توربین های بادی محور افقی نقش اساسی در تولید انرژی و توان بادی را دارند و تحقیقات و منابع مالی بسیاری برای پیشبرد طراحی و بهینه سازی آنها انجام گرفته است. در تحقیق اخیر یک ایرفویل (سطح مقطع پره ی توربین بادی) به روش ترکیبی برای کار در شرایط رینولدز پایین طراحی شده است و با سه روش مختلف مورد مطالعه و تحلیل آیرودینامیکی قرار گرفته است. این کار با مقدمه ای مختصر در مورد توربین های بادی شروع شده و به طور مفصل به پیشینه و سوابق کاری پژوهشگران و موسساتی که در زمینه ایرفویل ها تحقیقاتی داشته اند ادامه یافته است. سپس برای طراحی از ترکیب سطح بالایی NACA 63-1015 و سطح زیرین Wortmann FX63-168 که هردو از خانواده ی ایرفویل های مورد استفاده در توربین های بادی هستند استفاده شده است. پس از آن با استفاده از روش عددی پنل بر پایه توزیع خطی گردابه، روش دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) و آزمایش تجربی در تونل باد ایرفویل ترکیبی تحت مطالعه قرار گرفته است. برای روش پنل از کد کامپیوتری در زبان FORTRAN استفاده شده است و روش CFD با استفاده از مدل اغتشاش اسپالارت-آلماراس به وسیله نرم افزار FLUENT6.3.26 انجام گرفته است. آزمایش تجربی نیز در تونل باد دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر مجلسی انجام گرفته است. نتایج بدست آمده با ایرفویل های طراحی شده ی پیشین برای شرایط رینولدز پایین در مراجع معتبر و چند ایرفویل مرسوم برای استفاده در توربین های بادی که به علت در دسترس نبودن اطلاعات دقیق به صورت CFD شبیه سازی شده اند مقایسه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده ایرفویل ترکیبی اخیر به دلیل ضریب برآ بسیار زیاد قابلیت بسیار بالایی برای فراهم کردن گشتاور شروع به کار مناسب برای توربین های رینولدز پایین را داراست. همچنین با توجه به نسبت برآ به پسای مناسب عملکرد بسیار مناسبی در پیش بینی های ضریب عملکرد نشان داده است. علاوه بر تحلیل کلی ایرفویل توربین بادی به بررسی قابلیت روش های مختلف برای پیش بینی بار های آیرودینامیکی ایرفویل توربین های بادی پرداخته شده است و نقش تغییر عدد رینولدز در کاهش یا افزایش ضرایب بارهای آیرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. بر این اساس روش پنل تنها در زوایای حمله ی پایین قادر به پیش بینی ضریب برآ با درصدی خطا است و عملا در محاسبه ی ضریب پسا دست بسته است. این روش همچنین قابلیت بررسی تاثیر عدد رینولدز را ندارد. بر اساس مطالعات CFD مدل اسپالارت-آلماراس توانایی بالایی در شبیه سازی جریان ایرفویل توربین های بادی دارد و تنها در زوایای حمله ی بسیار بالا اندکی با خطا مواجه خواهد شد. بر اساس آزمایش های تجربی و دینامیک سیالات محاسباتی با افزایش عدد رینولدز ضریب برآ افزایش و ضریب پسا کاهش خواهد یافت در نتیجه ضریب عملکرد توربین بادی با افزایش عدد رینولدز، بیشتر خواهد شد

گزارش کار آزمایش تونل باد – آزمایشگاه مکانیک سیالات

موضوع:

آزمایشگاه مکانیک سیالاتآزمایش تونل باد

فایل word قابل ویرایش

هدف آزمایش :

هدف از این آزمایش آشنایی با تونل باد و عملکرد آن و اندازه گیری و محاسبه ضریب دراگ  برای اجسام مختلف، مقایسه آنها و رسم منحنی تغییرات ضریب دراگ  برحسب عدد رینولدز می باشد. 

تئوری آزمایش  :

حل مسائل جریان حقیقی معمولاً شامل ترکیبی از اطلاعات تحلیلی و آزمایشی است. ابتدا حالت جریان فیزیکی حقیقی با مدل ریاضی که حل آن ساده است تخمین زده می شود. سپس برای بررسی نتایج تحلیلی اندازه گیریهائی آزمایشی انجام می گیرد و از روی آن تحلیل اصلاح می شود. تحلیل ابعادی روش مهمی است که اغلب در دستیابی به این هدف به ما کمک می کند.

با استفاده از پارامترهای بی بعدی که بدست آورده می شود از حجم آزمایشهای لازم برای انجام مطالعه تجربی به مقدار زیادی کاسته می شود و نتایج بدست آمده از آزمایش برای تمامی جریانهایی که با جریان مورد آزمایش دارای تشابه دینامیکی هستند معتبر خواهد بود. برخی از وسایلی که می توانند این شرایط را بوجودآورند عبارتنداز کانال آب، تونل باد و … .

برای توصیف عملکرد تونل باد جسمی را در نظر بگیرید که در معرض جریان سیال قرار دارد.

سیال نیرویی به جسم وارد می کند طبق تعریف مؤلفه راستای حرکت این نیرو دراگ(Drag) و مؤلفه عمود بر آن لیفت(Lift) گفته می شود. در اینجا منظور از سرعت سیال، سرعت نسبی آن در هنگام نزدیک شدن به جسم است.

بر روی سطح جسم هم تنش فشاری اثر می کند و هم تنش برشی که هر دو در ایجاد نیروهای لیفت و دراگ سهیمند. شکل (1) این نیرو ها را نشان می دهد.

ایرفویل

شکل (1) نیروهای فشاری و برشی وارد به ایرفویل

لیفت و دراگ بر اثر کنش دینامیکی سیال متحرک ایجاد می شوند و نیروهایی مانند وزن و شناوری در آنها دخالتی ندارند.

تعداد صفحات : 6

آزمایشگاه مکانیک سیالات : آزمایش تونل باد

موضوع:آزمایشگاه مکانیک سیالاتآزمایش تونل بادفایل word قابل ویرایشهدف آزمایش :هدف از این آزمایش آشنایی با تونل باد و عملکرد آن و اندازه گیری و محاسبه ضریب دراگ  برای اجسام مختلف، مقایسه آنها و رسم منحنی تغییرات ضریب دراگ  برحسب عدد رینولدز می باشد. تئوری آزمایش  :حل مسائل جریان حقیقی معمولاً شامل ترکیبی از اطلاعات تحلیلی و آزمایشی است. ابتدا حالت جریان فیزیکی حقیقی با مدل ریاضی که حل آن ساده است تخمین زده می شود. سپس برای بررسی نتایج تحلیلی اندازه گیریهائی آزمایشی انجام می گیرد و از روی آن تحلیل اصلاح می شود. تحلیل ابعادی روش مهمی است که اغلب در دستیابی به این هدف به ما کمک می کند.با استفاده از پارامترهای بی بعدی که بدست آورده می شود از حجم آزمایشهای لازم برای انجام مطالعه تجربی به مقدار زیادی کاسته می شود و نتایج بدست آمده از آزمایش برای تمامی جریانهایی که با جریان مورد آزمایش دارای تشابه دینامیکی هستند معتبر خواهد بود. برخی از وسایلی که می توانند این شرایط را بوجودآورند عبارتنداز کانال آب، تونل باد و ... .برای توصیف عملکرد تونل باد جسمی را در نظر بگیرید که در معرض جریان سیال قرار دارد.

تعداد صفحات : 6