شبیه‌سازی عددی توربین باد محور عمودی نوع ساونیوس و ارزیابی تاثیر فاصله هم‌پوشانی افقی بر عملکرد توربین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی فارسی

نویسندگان

1 گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 CORIA Lab. / CNRS, University and INSA of Rouen, 76000 Rouen, France

چکیده

در میان انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی باد، به عنوان کم‌هزینه‌ترین منبع انرژی قابل دسترس به‌شمار می‌آید. توربین باد ساونیوس از زیرمجموعه‌های توربین‌های باد محور عمودی بوده، به جهت وزش باد وابستگی ندارند. در این مقاله به بررسی تأثیر نسبت‌های هم‌پوشانی در توربین باد ساونیوس نیمه‌استوانه‌ای متداول با نگرشی جدید پرداخته شده است؛ در این راستا با ثابت نگه‌داشتن اندازه‌ی قطر خارجی روتور و با در نظر گرفتن دو حالت هم‌پوشانی مثبت و منفی، تأثیر فاصله‌ی هم‌پوشانی افقی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت مدل‌سازی عددی از نرم‌افزار تجاری انسیس - فلوئنت و روش مش لغزان بهره برده شد. همچنین شبیه‌سازی‌ها با استفاده از روش RANS و مدل توربولانسی Realizable K-ε انجام گردید. با بررسی کانتورهای سرعت در اطراف پره‌ها در هم‌پوشانی‌های مختلف، مشخص گردید که در اطراف پره‌های با هم‌پوشانی منفی میزان آشفتگی بیشتر می‌باشد. این امر موجب کاهش مومنتم خالص مفید می‌شود. همچنین، با توجه به نمودارهای ضریب گشتاور و ضریب توان مشخص شد که در حالت کلی، هندسه با نسبت هم‌پوشانی 15/0+ می‌تواند از دیگر موارد مناسب‌تر باشد.

کلیدواژه‌ها


  [1]      M. Ghasemian, Z.N. Ashrafi, A. Sedaghat, A review on computational fluid dynamic simulation techniques for Darrieus vertical axis wind turbines, Energy Conversion and Management, 149 (2017) 87-100.M.B.A. Haghighat, “Biometrics for Cybersecurity and Unconstrained Environments”, Ph.D. Thesis, University of Miami, USA, 2016.

  [2]      J.L. Sawin, E. Martinot, V. Sonntag-O'Brien, A. McCrone, J. Roussell, D. Barnes, C. Flavin, L. Mastny, D. Kraft, S. Wang, Renewables 2010-Global status report, (2013).M. A. Naji and A. Aghagolzadeh, “Multi-focus image fusion in DCT domain based on correlation coefficient”. In 2nd International Conference on Knowledge-Based Engineering and Innovation (KBEI), pp. 632-639, 2015.

  [3]      W.-T. Chong, W.K. Muzammil, K.-H. Wong, C.-T. Wang, M. Gwani, Y.-J. Chu, S.-C. Poh, Cross axis wind turbine: Pushing the limit of wind turbine technology with complementary design, Applied Energy, 207 (2017) 78-95.

  [4]      Shikha, T. Bhatti, D. Kothari, Early development of modern vertical and horizontal axis wind turbines: a review, Wind Engineering, 29 (2005) 287-299.

  [5]      F. Wenehenubun, A. Saputra, H. Sutanto, An experimental study on the performance of Savonius wind turbines related with the number of blades, Energy Procedia, 68 (2015) 297-304.

  [6]      J.M. Mercado-Colmenero, M.A. Rubio-Paramio, F. Guerrero-Villar, C. Martin-Doñate, A numerical and experimental study of a new Savonius wind rotor adaptation based on product design requirements, Energy Conversion and Management, 158 (2018) 210-234.

  [7]      S. Roy, U.K. Saha, Wind tunnel experiments of a newly developed two-bladed Savonius-style wind turbine, Applied Energy, 137 (2015) 117-125.

  [8]      M. Tahani, A. Rabbani, A. Kasaeian, M. Mehrpooya, M. Mirhosseini, Design and numerical investigation of Savonius wind turbine with discharge flow directing capability, Energy, 130 (2017) 327-338.

  [9]      J.-H. Lee, Y.-T. Lee, H.-C. Lim, Effect of twist angle on the performance of Savonius wind turbine, Renewable Energy, 89 (2016) 231-244.

[10]      A. Ramadan, K. Yousef, M. Said, M. Mohamed, Shape optimization and experimental validation of a drag vertical axis wind turbine, Energy, 151 (2018) 839-853.

[11]      N. Fujisawa, On the torque mechanism of Savonius rotors, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 40 (1992) 277-292.

[12]      J. Kumbernuss, J. Chen, H. Yang, L. Lu, Investigation into the relationship of the overlap ratio and shift angle of double stage three bladed vertical axis wind turbine (VAWT), Journal of wind engineering and industrial aerodynamics, 107 (2012) 57-75.

[13]      M. Zemamou, M. Aggour, A. Toumi, Review of savonius wind turbine design and performance, Energy Procedia, 141 (2017) 383-388.

[14]      Iranian wind atlas, in, Available from: http://www.satba.gov.ir/fa/regions/windatlas  [accessed 17.06.18].

[15]       M. Mohamed, G. Janiga, E. Pap, D. Thévenin, Optimal blade shape of a modified Savonius turbine using an obstacle shielding the returning blade, Energy Conversion and Management, 52 (2011) 236-242.

[16]      Y.-F. Wang, M.-S. Zhan, 3-Dimensional CFD simulation and analysis on performance of a micro-wind turbine resembling lotus in shape, Energy and Buildings, 65 (2013) 66-74.

[17]      S. Roy, U.K. Saha, Computational study to assess the influence of overlap ratio on static torque characteristics of a vertical axis wind turbine, Procedia Engineering, 51 (2013) 694-702.

[18]      G. Ferrari, D. Federici, P. Schito, F. Inzoli, R. Mereu, CFD study of Savonius wind turbine: 3D model validation and parametric analysis, Renewable energy, 105 (2017) 722-734.