دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 شماره 3 (Special Issue) 2021 05 22 Investigation of the effect of free-wind velocity on the performance of small-scale vertical axis wind turbine بررسی تأثیر سرعت جریان آزاد باد بر عملکرد توربین باد محور عمودی مقیاس کوچک 1709 1728 3878 10.22060/mej.2020.17269.6557 FA فرید سپهریان آذر گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران رحیم حسن زاده صنعتی ارومیه*مهندسی مکانیک 0000-0001-7232-9938 ایرج میرزایی دانشگاه ارومیه*دانشکده فنی و مهندسی Journal Article 2019 10 23 In the present research, the effects of various parameters in simulating wind flow around an H-type vertical axis wind turbine with NACA0018 airfoils are studied. All computations are carried out using the computational fluid dynamics method and finite volume approach. Free wind velocities of 5, 10, and 15 m/s, and tip speed ratios of 3 and 5 are considered. Grid size, time-step size, rotating zone diameter, and domain size independence studies are investigated. All obtained results are compared with experimental data and show good agreement. Examination of obtained results reveals that by increasing free-wind velocity, maximum momentum coefficient occurs at higher azimuthal angles. Also, by decreasing tip speed ratio, more volume of air penetrates the rotor and therefore, fluctuations of wind turbine increase and, lifecycle and performance of wind turbine decrease. Furthermore, the effect of tip speed ratio on the performance of wind turbine is more significant than free wind velocity so that by increasing tip speed ratio from 3 to 5 at a constant free wind velocity of 10 m/s, the power coefficient increases by 81.87% and by increasing free wind velocity from 5 to 10 m/s at a constant tip speed ratio of 3, power coefficient increases by 58.2%. در تحقیق حاضر، تأثیر عوامل مختلف در شبیه‌سازی جریان اطراف یک توربین باد محور عمودی نوع <em>H</em> با پره‌هایی از مقطع ایرفویل <em>NACA0018</em> مورد مطالعه قرارگرفته است. تمامی محاسبات با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی و روش حجم محدود انجام شده‌اند. سرعت‌های جریان باد 5، 10 و 15 متربرثانیه و نسبت سرعت نوک‌های 3 و 5 مورد بررسی قرارگرفته اند. استقلال نتایج عددی از شبکه بندی، گام زمانی، قطر ناحیه‌ی چرخشی و ابعاد دامنه محاسباتی مطالعه شده است. تمامی نتایج عددی با داده‌های آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده و تطابق خوبی را نشان می دهند. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، با افزایش سرعت جریان آزاد باد، ماکزیمم مقدار ضریب مومنتوم در زوایای بزرگ‌تری اتفاق می‌افتد. همچنین با کاهش نسبت سرعت نوک، به دلیل نفوذ حجم هوای بیشتر به درون روتور، میزان نوسانات افزایش یافته و در نتیجه عمر مفید اجزای روتور و راندمان توربین باد کاهش می‌یابد. همچنین، تأثیر نسبت سرعت نوک در راندمان توربین باد چشمگیرتر از تأثیر سرعت جریان آزاد باد می‌باشد به‌طوری‌که با افزایش نسبت سرعت نوک از 3 به 5 در سرعت جریان باد ثابت 10 متربرثانیه، ضریب توان 87/81 % و با افزایش سرعت جریان آزاد باد از 5 به 10 متربرثانیه در نسبت سرعت نوک ثابت 3، ضریب توان 2/58 % افزایش می‌یابد. https://mej.aut.ac.ir/article_3878_9854d7afce413aa13cd0a1d39d0bcec5.pdf