بررسی عملکرد توربین بادی ترکیبی داریوس-ساوینوس در مقایسه با توربین 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 محدود ه 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 moment and suitable performance conditions. Straight-bladed Darrieus wind turbines have high-amplitude fluctuations in moment and, at some angles, this moment 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. Three-dimensional simulation is performed using computational fluid dynamics and solving unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations with finite volume method, using turbulence model and rotating mesh for rotation of the turbine. According to the results, at the self-starting, the hybrid turbine possesses 22.24% and 17.5% less standard deviation and 69.8% and 56.9% more average moment, respectively, compared to the first and second equivalent turbines. In operational mode, the hybrid turbine at the rotational speed of 30 RPM possesses 16.1% and 27.3% less standard deviation and 19.1% and 1.03% more average moment, respectively. Therefore, the hybrid turbine at the self-starting, as well as at low rotational speeds, possesses more average moment and less fluctuations compared to equivalent Darrieus turbines.

کلیدواژه‌ها [English]

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

مراجع

[1]  P. Mahale, N. Jangid, A. Gite, T.D. Patil, Vertical axis wind turbine: A lucid solution for global small scale energy crisis, Journal of Academia and Industrial Research (JAIR), 3(8) (2015) 393.
[2]    A. Tummala, R.K. Velamati, D.K. Sinha, V. Indraja, V.H. Krishna, A review on small scale wind turbines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 56 (2016) 1351-1371.
[3] A. Roshan, M.J. Maghrebi, Performance improvement of hybrid Darrieus-Savonius wind turbine, Journal of Solid and Fluid Mechanics, 6(3) (2016) 195-212. (In Persian).
[4]  T. Wakui, Y. Tanzawa, T. Hashizume, T. Nagao, Hybrid configuration of Darrieus and Savonius rotors for stand-alone wind turbine-generator systems, Electrical Engineering in Japan, 150(4) (2005) 13-22.
[5]  R. Gupta, R. Das, K. Sharma, Experimental study of     a Savonius-Darrieus  wind  machine,  in:  Proceedings of the International Conference on Renewable Energy for Developing Countries, University of Columbia, Washington DC, 2006.
[6]  R. Gupta, A. Biswas, K. Sharma, Comparative study of a three-bucket Savonius rotor with a combined three- bucket Savonius–three-bladed Darrieus rotor, Renewable Energy, 33(9) (2008) 1974-1981.
[7]  M.J. Alam, M.T. Iqbal, Design and development of hybrid vertical axis turbine, in: Electrical and Computer Engineering, 2009. CCECE'09. Canadian Conference on, IEEE, 2009, pp. 1178-1183.
[8]  R. Gupta, A. Biswas, CFD analysis of flow physics and aerodynamic performance of a combined three-bucket Savonius and three-bladed Darrieus turbine, International journal of green energy, 8(2) (2011) 209-233.
[9]  S. Bhuyan, A. Biswas, Investigations on self-starting and performance characteristics of simple H and hybrid H-Savonius vertical axis wind rotors, Energy Conversion and Management, 87 (2014) 859-867.
[10]     S. Kouravand, B. Moetakef Imani, A. Mashaallah Kermani, Design and analysis of a small wind turbine with combined airfoil, Renewable and New Energy, (2017) 66- 73. (In Persian).
 [11]   M. Rad, A. Zahedi Nejad, Fabrication and test of  an axial wind turbine with the most power during absorbing flow kinetic energy, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, (2017) -. (In Persian)
[12]   J. Hinze, Turbulence McGraw-Hill, New York, 218 (1975).
[13]       B.E. Launder, D.B. Spalding, The numerical computation of turbulent flows, Computer methods in applied mechanics and engineering, 3(2) (1974) 269-289.
[14]  A. Alaimo, A. Esposito, A. Messineo, C. Orlando, D. Tumino, 3D CFD analysis of a vertical axis wind turbine, Energies, 8(4) (2015) 3013-3033.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 6
بهمن و اسفند 1398
صفحه 1443-1454

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار