طراحی و آرایش بهینه یک نوع فلپ جهت افزایش توان تولیدی توربین باد محور افقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 صنعتی امیرکبیر*مهندسی هوافضا

چکیده

در این تحقیق یک نمونه فلپ افزودنی جدید همراستا با خط انحنای مقطع پره ارائه و اثر اضافه شدن آن به پره یک توربین باد محور افقی و بهینه سازی محل و میزان طول آن مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از سطوح برآ افزای افزودنی به دلیل نیاز به تغییرات جزیی در پره‌های موجود نسبت به سایر روش‌های اصلاح هنندسه پره به منظور بهینه‌سازی آیرودینامیکی آن مقرون به صرفه‌تر است. اینکار باعث افزایش راندمان پره و در نهایت افزایش ضریب توان آن بدون نیاز به تغییر در هندسه پره مبنا می‌شود. بمنظور افزایش دقت الگوریتم المان مومنتوم پره، ضرایب آیرودینامیکی مقطع پره از حل عددی معادلات حاکم بر جریان بروش دینامیک سیالات محاسباتی بدست آمد در حالیکه در اکثر تحقیقات مشابه از روش‌های مبتنی بر نظریه خطی ایرفویل استفاده می‌شود. نتایج بدست آمده نشان داد که اصلاح انجام شده در الگوریتم المان ممنتوم پره باعث افزایش دقت حلگر در عین حفظ سرعت محاسبات آن شد. نتایج نشان می‌دهد که با استفاده از آرایش فلپ پیشنهادی مقدار ضریب توان توربین مبنا از مقدار 0/29 به 0/41 ارتقاء یافت که افزایش قابل ملاحظه‌ای را نسبت به روشهای دیگر نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Optimum arrangement of a Blade Flap for Improving the Power Generation of a Horizontal Axis Wind Turbine

نویسندگان [English]

  • nima alizadeh 1
  • alireza jahangirian 2
1 aerospace engineering department Amirkabir university of technology
2 Aerospace Engineering Department Amirkabir university of technology
چکیده [English]

In this research, a new type of add-on flap is presented and the effect of adding it to the blade of a horizontal axis wind turbine and optimizing its location and length is investigated. The use of an add-on flap is more cost-effective than other conventional methods since it does not need major modifications to the existing blades. For increasing the accuracy of the blade element momentum algorithm, the aerodynamic coefficients of the blade section are obtained by numerical solution of the governing equations, while in most similar studies, methods based on airfoil linear theory were used. The results showed that the modification made in the blade momentum element algorithm increased the accuracy of the solver while maintaining its computational speed. The results show that using this type of flap arrangement, the value of the base turbine power coefficient was increased from 0.29 to 0.41, which shows a significant increase compared to other methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wind turbine
  • Flap
  • Blade element momentum
  • Aerodynamic optimization
  • Blade optimization

مراجع

[1] M.R. Mirghaed, R. Roshandel, Site specific optimization of wind turbines energy cost: iterative approach, Energy Conversion and Management, 73 (2013) 167-175.
[2] T.Ashuri , M.Zaaijer, Multidisciplinary design optimization of offshore wind turbines for minimum levelized cost of energy, Renewable Energy, 68 (2014) 893-905.
[3] M.Azizi, A.Jahangirian;, Multi‐site aerodynamic optimization of wind turbine blades for maximum annual energy production in East Iran, ,journal of Energy Science & Engineering, 8 (2020) 169-2186.
[4] Z.J. Chen, K.A. Stol, B.R. Mace, Wind turbine blade optimization with individual pitch and trailing edge flap control, Renewable energy, 103 (2017) 750-765.
[5] Q. Ai, P.M. Weaver, T.K. Barlas, A.S. Olsen, H.A. Madsen, T.L. Andersen, Field testing of morphing flaps on a wind turbine blade using an outdoor rotating rig, Renewable Energy, 133 (2019) 53-65.
[6] K.Michael , McWilliam, K.Thanasis, A.Helge , Madsen, F. Zahle, Aero-elastic wind turbine design with active flaps for AEP maximization, Wind Energy Science 3, 1 (2018) 231-241.
[7] A. Saenz-Aguirre, S. Fernandez-Resines, I. Aramendia, U. Fernandez-Gamiz, E. Zulueta, J.M. Lopez-Guede, J. Sancho, 5 MW Wind Turbine Annual Energy Production Improvement by Flow Control Devices, Proceedings, 2(23) (2018) 1452.
[8] Y.Zhang, V.Ramdoss, Z.Saleem, X. Wang, G.Schepers , C. Ferreira, Effects of root Gurney flaps on the aerodynamic performance of a horizontal axis wind turbine, Energy, 187 (2019).
[9] B. masood, technical design of wind turbine power staion for iran(in persian), Amirkabir univercity of technology, tehran,Iran, 1996.
[10] J.F. Manwell, J.G. McGowan, A.L. Rogers, Wind energy explained: theory, design and application, John Wiley & Sons, 2010.
[11] C. Hansen, NWTC Design Codes: AirfoilPrep, 2012.
[12] E. Branlard, Wind Turbine Aerodynamics and Vorticity-Based Methods, Springer., 2020.
[13] S. Ghosh, M. Muste, F. Stern, Measurement of Pressure Distribution and Forces Acting on an Airfoil, Laboratory Experiment3 57 (2004) 20.
[14] A.S.PEÑA, Experimental Assessment of the Effectiveness of Active Flaps to Reduce the Blade Root Bending Moment of Wind Turbine Blades, KTH Royal Institute Of Technology, STOCKHOLM, SWEDEN, 2016.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 54، شماره 5
مرداد 1401
صفحه 1007-1028

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار