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
