بررسی عملکرد توربین بادی ترکیبی داریوس-ساوینوس در مقایسه با توربین بادی داریوس پره مستقیم به کمک شبیه سازی عددی سه‌بعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضوهیات علمی

2 گروه آیرودینامیک،دانشکده هوافضا،دانشگاه صنعتی امیرکبیر(پلی تکنیک تهران)،تهران،ایران

چکیده

هدف از این پژوهش، بررسی عملکرد توربین بادی ترکیبی داریوس-ساوینوس برای دست‌یابی به مدلی با گشتاور راه‌اندازی بالا و محدوده‌ی عملکرد مناسب است. گشتاور توربین‌های داریوس پره مستقیم دامنه‌ نوسانات زیادی دارد و در برخی از زوایا، این گشتاور برای شروع حرکت توربین کافی نیست. توربین ترکیبی با دو مدل توربین داریوس پره مستقیم معادل، مقایسه شده است. اولین مدل، توان در دسترس برابر و دومین مدل، ارتفاع یکسان با توربین ترکیبی دارد. شبیه‌سازی سه‌بعدی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی و حل میانگین‌گیری رینولدز معادلات ناویر ‌استوکس به روش حجم محدود و با استفاده از مدل آشفتگی انجام پذیرفته و برای چرخش توربین از شبکه‌بندی متحرک، استفاده شده است. مطابق نتایج، توربین ترکیبی در حالت راه‌اندازی نسبت به توربین‌های معادل اول و دوم به ترتیب، 4/22 و 5/17 درصد انحراف معیار کمتر و 8/69 و 9/56 درصد متوسط گشتاور بیشتر دارد. در حالت کاری نیز توربین ترکیبی در سرعت دورانی 30 دور در دقیقه به ترتیب، 1/16 و 3/27 درصد انحراف معیار کمتر و 1/19 و 03/1 درصد متوسط گشتاور بیشتر دارد. ازاین‌رو، توربین ترکیبی در شروع حرکت و همچنین در سرعت‌های دوران پایین نسبت به توربین‌های داریوس معادل، گشتاور متوسط بیشتر و نوسانات کمتری دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Performance investigation of hybrid Darrieus-Savonius wind turbine compared to straight-bladed Darrieus turbine by Three-dimensional numerical simulation

نویسندگان [English]

  • Nozar Akbari 1
  • abolfazl abdolahifar 2
2 Aerodynamics,Aerospace Faculty,AmirKabir University of Technology(Tehran Polytechnic),Tehran,Iran
چکیده [English]

The purpose of this research is to investigate the performance of hybrid Darrieus-Savonius wind turbines to achieve a model with high starting torque and suitable performance range. Straight-Bladed Darrieus wind turbines have high-amplitude fluctuations in torque and, at some angles, this torque is not enough to start the turbine motion. The hybrid turbine is compared with two equivalent models of straight-bladed Darrieus wind turbines. The first model has equal available power and the second model has equal height with the hybrid turbine. 3D simulation is performed using CFD and solving Reynolds averaged Navier-Stokes equations with finite volume method, using turbulence model and rotating mesh for rotation of the turbine. According to the results, the hybrid turbine in the starting mode has 22.24% and 17.5% lower standard deviation and 69.8% and 56.9% higher average torque, respectively, compared to the first and second equivalent turbines. In operational mode, the hybrid turbine at the rotational speed of 30 RPM has 16.1% and 27.3% lower standard deviation and 19.1% and 1.03% higher average torque, respectively. Therefore, the hybrid turbine at the start of the motion, as well as at low rotational speeds, has higher average torque and less fluctuations compared to equivalent Darrieus turbines.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Savonius
  • Darrieus
  • Self-starting
  • Hybrid turbine
  • computational fluid dynamics