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

عملکرد توربین های بادی برای تولید برق

عملکرد توربین های بادی برای تولید برق

86 صفحه فایل ورد - تحقیقی کامل و جانع در مورد توربین های بادی و تولید برق

_______________________________________________________________________________________

لینک عضویت در کانال تلگرامی دنیای فایل:

جهت اطلاع از آخرین و تمام فایلهای تحقیقاتی موجود، شما می توانید با کلیک بر روی لینک زیر و سپس کلیک بر روی join در پایین صفحه در کانال عضو شوید

https://telegram.me/joinchat/CYcguj_Bx3i5GIwnbs2zTw

_______________________________________________________________________________________

[e-mail]

انرژی تجدید پذیر

توسعه و گسترش انرژی های تجدیدپذیر باعث کمک به تحقق اهداف توسعه اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی کشور می شود که از عوامل اساسی در رسیدن به توسعه پایدار در هر کشوری هستند.

نیاز روزافزون به انرژی کمبود سوخت های فسیلی، آلودگی محیط زیست، گرم شدن کره زمین، ریزش باران های اسیدی و بالا رفتن قیمت نفت از عواملی هستند که استفاده از انرژی های نو را در سطح جهان مطرح نموده اند.

استراتژی اکثر کشورهای جهان، تنوع بخشیدن به منابع انرژی خود و عدم تکیه صرف بر منبع نفت می باشد. بحران نفت دنیا در دهه 70 میلادی و نیز بحران آلودگی محیط زیست، کشورهای صنعتی را به استفاده از سایر منابع انرژی واداشت که در این میان انرژی هسته ای و انرژی های تجدید پذیر بیشتر مورد توجه و توسعه قرار گرفت.

انرژی های نو مانند باد و خورشید با دارا بودن مزایایی چون عدم آلودگی محیط یست، و رایگان بودن، سهم زیادی را در آینده تولید انرژی در دنیا خواهند داشت. در میان منابع انرژی های تجدید پذیر نیز انرژی باد اقتصدی تر و کاربردی تر جلوه کرد و لذا توربین های بادی تولید الکتریسیته رشد سریع تری را نسبت به دیگر منابع انرژی نو داراست.

از دلایل این رشد سریع به راندمان بالا، توان بالای تولید برق، سهولت نصب و قیمت مناسب توربین های بادی می توان اشاره نمود و در نتیجه توسعه بهره گیری از توربین های بادی اجتناب ناپذیر شد.

انرژی های تجدیدپذیر ساختار انرژی متفاوتی نسبت به تکنولوژی های تولید انرژی متعارف دارند، چرا که فرآیند توسعه در انرژی های تجدیدپذیر دارای هزینه های سرمایه گذاری اولیه بالایی بوده و در مقابل هزینه تعمیر و نگهداری در آنها پایین است، ولی در روش های تولید انرژی از منابع متعارف، هزینه های سرمایه گذاری اولیه پایین است.

مطابق برآوردهای کارشناسان به کارگیری انرژی‌های تجدیدپذیر می تواند منجر به کاهش انتشار گاز دی اکسیدکربن به میزان 220 تا 560 مگاتن در فاصله زمانی 2010 تا 2050 میلادی باشد و با این وجود نقش انرژی‌های تجدیدپذیردر کاهش گازهای گلخانه‌ای بسیار مهمتر از انرژی هسته‌ای، گاز طبیعی ارزیابی می شود.

مزایای متفاوتی برای توسعه کاربرد انواع انرژی های تجدیدپذیر در کشور می توان متصور بود که عموما وابسته به شرایط محلی، ویژگی منابع جایگزین و نگرانی های اجتماعی است. از مزایای کاربرد انرژی تجدیدپذیر می توان به این موارد اشاره کرد.افزایش امنیت عرضه انرژی،کاهش میزان گرمایش جهانی،تحریک رشد اقتصادی،ایجاد اشتغال،افزایش میزان در آمد سرانه،افزایش عدالت اجتماعی وحفاظت محیط زیست در تمام زمینه ها.بهره برداری از انرژی های تجدیدپذیر همچنین باعث افزایش دسترسی به منابع انرژی پایدار و مطمئن برای مناطق روستایی و کمتر توسعه یافته می شوند. لذا در توسعه انرژی های تجدیدپذیر، لازم است بیشتر به دیدگاه توسعه ای این انرژی ها توجه کرد نه با دیدگاه های اقتصادی محض.

از سوی دیگر، پیش بینی می شود روند استفاده از انرژی های تجدید پذیر دردنیا با یشرفت‌های  فن‌آوری و کاهش هزینه‌های اضافی شتاب بیشتری گیرد و بر این اساس، انرژی بادی به تنهایی می تواند بیش از 100 درصد از تقاضای جهانی انرژی در آینده را پاسخگو باشد و انرژی خورشیدی نیز قادر به تولید انرژی به میزان چندین برابر بیش از نیاز دنیا باشد.

موضوع دیگری که باید به آن توجه داشت افزایش نگاه‌‌ها در سطح جهان به سمت انرژی های نو، پس از وقوع زلزله اخیر در ژاپن و آسیب دیدن نیروگاه هسته‌ای فوکوشیما در این کشور و اثرات منفی ناشی از آن است، امری که نقش این نوع از انرژی‌ها را بعنوان یک انرژی مطمئن و ایمن آشکارتر ساخته است، ضمن آنکه در آینده نیروگاه ‌های فسیلی به علت مالیات بالایی که بر اثر آلودگی هوا به آنها تعلق خواهد گرفت، صرفه اقتصادی خود را تا حدی از دست داده و انرژی های خورشیدی و بادی مقرون به صرفه تر خواهد شد.

انرژی های تجدیدپذیر، تمیز (پاک)، فراوان و قابل اعتماد بوده و در صورتی که به طور صحیح توسعه پیدا کنند می توانند به عنوان منابع انرژی پایدار نقش مهمی در رسیدن به اهداف توسعه پایدار کشورها بازی کنند.

کاربردهای انرژی های تجدیدپذیر به ۲ گروه اصلی تقسیم می شود که شامل کاربردهای نیروگاهی برای تولید برق، کاربردهای غیر نیروگاهی به منظور تولید حرارت و سرمایش است.  

مزایای توسعه انرژی های تجدید پذیر

حفظ و ادامه شرایط فعلی زندگی در جامعه بشری در آینده بدون توجه به عرضه انرژی به قیمت مناسب امکان پذیر نیست. اثرات زیست محیطی وابسته به هر تولید انرژی در نرخ فعلی به سمت شرایط غیرقابل قبول پیش می رود و اثرات زیست محیطی زیانبار به شکل وسیعی در حال گسترش هستند. استفاده از سوخت های فسیلی در فرم های مختلفی همچون زغال سنگ، نفت و گاز، حجم قابل ملاحظه ای از اکسیدهای کربن و گازهای آلاینده دیگر را وارد محیط زیست می کند که باعث ایجاد اثرات زیانباری همانند باران های اسیدی، گرمایش جهانی و... می شود.

انرژی های تجدیدپذیر به عنوان یک منبع انرژی پاک و عاری از هرگونه آلودگی زیست محیطی می توانند نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای آلاینده همچون دی اکسیدکربن ...

فهرست مطالب

فصل1 انرژی های تجدید پذیر و باد

انرژی تجدید پذیر  7

مزایای توسعه انرژی های تجدید پذیر  9

منبع انرژی قابل اطمینان  10

تولید برق با قیمت پایدار  10

تنوع بخشی به سبد انرژی کشور  10

منبع تولید برق پاک  11

رسیدن به اهداف برنامه چهارم توسعه  11

پتانسیل توسعه اقتصادی  11

ایجاد اشتغال  12

ضرورت انتقال تکنولوژی  12

فناوری هیدروژن و زیست توده  13

انرژی خورشیدی  14

انرژی باد  15

انرژی زمین-گرمایی  16

باد  18

تاریخچه باد  19

انرژی باد  21

بهره برداری از برق بادی23

بررسی اقتصادی استفاده از انرژی باد27

آینده انرژی باد در ایران28

فصل2مفاهیم اولیه ی توربین بادی

توربین های بادی  30

ترتیب اجزا اصلی توربین بادی  31

محدودیت های ادواری و نفوذ  32

یک طرح ساده 35

توان پتانسیل توربین36

"ضریب ظرفیت" چیست؟37

مفاهیم کنترل توان38

فصل3 انواع توربین بادی

توربین های بادی مدرن به دو شاخه اصلی تقسیم می شوند  40

توربین های با محور چرخش افقی 40

توربین های بادی با محور چرخشی عمودی  41

توربین بادی نوع داریوس 42

توربین بادی ساونیوس  42

توربین های بادی با سرعت ثابت  43

توربین های بادی با سرعت متغیر  44

فصل4ساختار توربین بادی

پارامترهای هندسی بال  46

مشخص کردن نیروهای آیرو دینامیکی 47

نظریه های آیرودینامیک  48

نظریه ی حرکت محور  49

طراحی رتور  52

عملکرد رتور  53

نیروهای وارد بر پره  54

بارهای گرانشی 54

نیروی گریز از مرکز  54

گشتاور در توربین های سرعت ثابت  55

واکنش دینامیکی تیغه و برج 55

حرکت دینامیکی برج  57

جعبه دنده  57

ترمز های ایمنی و بارهای ناشی از آن  58

مقایسه توربین های بادی گیربکس دار و بدون گیربکس  59

توربین های بدون گیربکس59

توربین های با گیربکس  60

نویز در توربین بادی  60

انواع صدای تولیدی در توربین بادی  61

روشهای کاهش نویز در توربین بادی  65

مکانیزم توربین های بادی  66

انواع ژنراتور های مدرن  68

کارکرد و نگهداری و تعمیرات  70

فصل5کاربردهای مختلف توربین بادی

توربین های بادی و تکنولوژی دریائی  71

نیروگاههای بادی کوچک  75

اشکال گوناگون توربین بادی  77

فصل6آثار زیست محیطی

انتشار CO2 و آلودگی  83

تاثیرات بوم شناختی  83

استفاده از زمین  84

آثار بر روی حیات وحش  84

منابع85