این بسته شامل 9 پایان نامه در زمینه توربین‌های بادی محور عمودی می باشد که به صورت فایل word و pdf در اختیار شما قرار میگیرد.
تمامی پایان نامه ها مربوط به سال 90 به بعد می باشد.
بررسی ارتعاشات پره مارپیچ توربین‌های بادی محور عمودی
چکیده
در این تحقیق به بررسی ارتعاشات توربین‌های بادی محور عمودی پرداخته شده است. روش حل مبتنی بر روش المان محدود می‌باشد به این صورت که با دستیابی به ماتریس سفتی و جرم سازه مورد نظر و حل مسئله مقدار ویژه، فرکانس‌های طبیعی سیستم حاصل می‌شوند. پره‌های متداول توربین‌های بادی محور عمودی عبارت‌اند از پره‌های صاف، خمیده و مارپیچ که پره‌های مارپیچ از بازده بیشتری برخوردارند. از این رو به مدل‌سازی پره‌های مارپیچ پرداخته شده است. صحت‌سنجی این مدل‌سازی با نرم‌افزار آباکوس انجام گرفته است. در این پژوهش به بررسی پارامترهای هندسی مانند طول و شعاع مارپیچ بر فرکانس‌های طبیعی نیز پرداخته شده است؛ نتایج حاصل نشان می‌دهد که فرکانس‌های طبیعی با قطر روتور توربین نسبت عکس دارد. همچنین ارتباط مستقیمی بین فرکانس‌های طبیعی با طول پره وجود دارد. برای مدل‌سازی تیرقوطی نگهدارنده پره توربین بادی محور عمودی از تیر جدارنازک کامپوزیتی استفاده گردید. نتایج تحلیل استاتیکی این تحقیق به خوبی با مطالعات گذشته مورد مقایسه قرار گرفته است. در ادامه، فرکانس‌های طبیعی تیر جدارنازک با کد تهیه‌شده و نرم‌افزار آباکوس محاسبه و مقایسه گردیدند که این نتایج همخوانی خوبی با یکدیگر را نشان می‌دهند. پارامترهای زاویه چیدمان لایه‌ها و طول تیر بر فرکانس پایه و فاصله بین فرکانس‌ها بررسی گردید و مشخص شد که با کاهش طول و زاویه چیدمان لایه‌ها فرکانس پایه و فاصله بین فرکانس‌های اول افزایش می‌یابد.
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1مقدمه 12
فصل دوم: توربین‌های بادی
2-1مقدمه 17
2-2 دسته‌بندی توربین¬های بادی 17
2-2-1 توربین¬های بادی مبتنی بر پسا 18
2-2-2 توربین¬های بادی مبتنی بر برا 20
2-3 مزایا و معایب توربین¬های بادی محور عمودی 22
2-4 دسته‌بندی توربین¬های بادی محور عمودی 23
2-4-1 نوع داریوس 24
2-4-2 نوع ساوونیوس 28
2-4-3 توربین گیرومیل یا H روتور 30
2-4-4 سیکلوتوربین عمودی 32
2-5 عملکرد توربین بادی محور عمودی 34
فصل سوم: مروری بر پیشینه تحقیق
3-1 مقدمه 39
3-2 مروری بر پیشینه تحقیق تیرهای مارپیچ 40
3-3 مروری بر پیشینه تحقیق تیرهای جدارنازک کامپوزیتی 41
فصل چهارم: بارهای آیرودینامیکی توربین‌های بادی محور عمودی
4-1 مقدمه … 45
4-2 نیروهای آیرودینامیکی 45
4-3 نسبت ظرافت یک توربین بادی Aspect ratio 55
4-4 نیرو گریز از مرکز 57
4-5 معرفی نرم‌افزار تحلیل آیرودینامیکی توربین‌های بادی QBlade 59
4-5-1 قابلیت‌های نرم‌افزار QBlade 60
4-5-2 روش شبیه‌سازی توربین بادی با نرم‌افزار QBlade 61
4-5-3 صحت‌سنجی یک مسئله با نرم‌افزار QBlade 70
4-5-3-1 بهینه‌سازی زاویه افقی مارپیچ 72
4-5-3-2 بررسی اثر پارامترهای شعاع و ارتفاع روتور بر عملکرد توربین 73
فصل پنجم: تحلیل تیر مارپیچ به روش المان محدود
5-1 مقدمه 77
5-2 المان تیر صاف 77
5-3 المان تیر خمیده 78
5-4 المان تیر مارپیچ 84
5-4-1 هندسه مارپیچ 84
5-4-2 معادلات حاکم 85
5-4-3 حل معادلات حاکم 87
5-4-3-1 ارزیابی ماتریس 88
5-4-3-2 شرایط مرزی 89
فصل ششم: مدل‌سازی تیرقوطی کامپوزیتی تقویت‌کننده پره (Rib)
6-1 مقدمه 92
6-2 هندسه تیر جدارنازک 92
6-3 فرضیات تیر جدارنازک 93
6-4 روابط انرژی تیر جدارنازک کامپوزیتی 96
6-5 روابط کامپوزیتی حاکم بر تیر جدارنازک 97
6-6 معادلات حاکم بر تیر جدارنازک کامپوزیتی 98
6-7 حل مسئله مقدار ویژه 100
فصل هفتم: نتایج
7-1 مقدمه 103
7-2 اعتبارسنجی 103
7-2-1 اعتبارسنجی تیر مارپیچ 103
7-2-2 اعتبارسنجی تیر جدارنازک کامپوزیتی 104
7-2-2-1 تیر یکسر گیردار تحت بار محوری 104
7-2-2-2 تیر دو سر گیردار تحت بار یکنواخت خمشی 104
7-2-2-3 تحلیل فرکانسی تیر جدارنازک یکسر گیردار 105
7-3 بررسی پارامتریک مسئله .106
7-3-1 بررسی پارامتریک تیر مارپیچ. 106
7-3-1-1 بررسی پارامتریک تیر مارپیچ با سطح مقطع پره NACA 0024 106
7-3-1-2 اثر افزایش ارتفاع مارپیچ‌هایی با طول و جرم ثابت بر فرکانس‌های طبیعی 106
7-3-1-3 اثر افزایش شعاع مارپیچ‌هایی با طول و جرم ثابت بر فرکانس‌های طبیعی .107
7-3-1-4 اثر افزایش زاویه افقی مارپیچ‌هایی با طول و جرم ثابت بر فرکانس‌های طبیعی 108
7-3-1-5 بررسی پارامترهای هندسی بر روی مجموعه توربین بادی محور عمودی 109
7-3-1-6 مقایسه فرکانس‌های طبیعی تیرهای صاف خمیده و مارپیچ .109
7-3-2 بررسی پارامتریک تیر جدارنازک کامپوزیتی 112
7-3-2-1 اثر تغییر زاویه چیدمان بر فرکانس پایه 113
7-3-2-2 اثر تغییر طول تیر بر فرکانس پایه .115
7-3-2-3 اثر تغییر زاویه چیدمان بر فاصله بین فرکانس‌های اول 116
7-3-2-4 اثر تغییر طول بر فاصله بین فرکانس‌های اول 116
7-4 معرفی نرم‌افزار المان محدود آباکوس 117
7-5 بررسی ارتعاشی توربین بادی بهینه‌شده 120
7-5-1 فرکانس‌های طبیعی توربین بهینه‌شده 120
7-5-2 بارهای متناظر با هندسه بهینه‌شده بر روی پره توربین بادی 121
7-5-3 بررسی رفتار توربین بهینه‌شده با چیدمان‌های مختلف 122
7-5-4 بررسی رفتار تقویت‌کننده‌های جدارنازک 124
فصل هشتم: نتیجه‌گیری
8-1 مقدمه 128
8-2 نتایج کلی 128
8-3 پیشنهاد برای پژوهش‌های آینده 130
ضمیمه 133
منابع .137
افزایش راندمان توربین بادی محور عمودی
چکیده
در دهه های اخیر، به دلیل بحران انرژی در سراسر جهان و انتشار زیاد گازهای گلخانه ای، شاهد تحقیق و توسعه فعالیت های جهانی در زمینه انرژی های تجدید پذیر، به خصوص انرژی های بادی و خورشیدی هستیم. اگر چه تا کنون پیشرفت قابل توجهی به دست آمده است، طرح های فنی موجود هنوز برای استفاده از انرژی باد با سرعت کم و شرایط خاص مناطق شهری توسعه نیافته اند. توربین ساونیوس ویژگی های خوبی به منظور بهبود این شرایط دارد، ولی راندمان پایین نقطه ضعف بزرگی سر راه توسعه این توربین به حساب می آید. هدف ما از این پایان نامه، معرفی یک طراحی بهبود یافته از توربین ساونیوس متداول به منظور افزایش توان خروجی همزمان با کاهش حداقل سرعت باد مورد نیاز برای شروع چرخش روتور است که با اضافه کردن تنها یک نازل قابل دسترسی است. نازل همانند یک جت بر پره پیشرو اثر کرده و باعث تقویت جریان موثر روی این پره می شود، همزمان مانع برخورد سیال با پره بازگشتی شده و گشتاور معکوس را حذف می کند. بنابراین می توان انتظار داشت که ضریب توان افزایش یابد. بدین منظور، ابتدا یک نمونه آزمایشگاهی از توربین متداول ساونیوس را با نرم افزار انسیس-فلوئنت شبیه سازی کرده و بعد از اعتبارسنجی، به بررسی تاثیر نازل می پردازیم. با افزودن نازل، توربین قابلیت استقلال از مسیر وزش باد را از دست می دهد، ولی نصب چند نازل مشابه در سایر جهت ها حول توربین، باعث استقلال دوباره توربین از مسیر وزش باد می شود. تغییر نسبت ورودی به خروجی، شکل، تعداد و موقعیت نازل ها نیز قابل بررسی است، ولی هدف ما از این پایان نامه اثبات تئوری و عددی افزایش راندمان توربین متداول ساونیوس با اضافه کردن نازل است.کلید واژه: نازل، توربین ساونیوس، انرژی بادی، ضریب توان، دینامیک سیالات محاسباتی
فهرست مطالب
چکیده I
فهرست جداول V
فهرست اشکال VI
فصل 1
مقدمه 1
1-1 انرژی های تجدید پذیر 2
1-2 برخی از ویژگی های انرژی های تجدید پذیر 5
1-3 آمار 6
1-4 آینده انرژی های تجدید پذیر 7
1-5 هدف از این پایان نامه 9
1-6 نتیجه گیری و رئوس مطالب 9
فصل 2
مفاهیم بنیادی 10
2-1 مقدمه 10
2-2 تبدیل انرژی باد 10
2-2-1 توربین های محور افقی 12
2-2-2 توربین های محور عمودی 14
2-3 ضریب بتز (Betz limit) 17
2-3-1 تئوری مومنتوم بتز 17
2-4 اصول کارکرد توربین های ساونیوس استاندارد 22
2-5 عملکرد توربین ساونیوس 23
فصل 3
مرور کارهای گذشته 24
3-1 مطالعات تجربی توربین ساونیوس 24
3-2 مطالعات عددی توربین ساونیوس 27
3-3 روشهای بهبود عملکرد توربین ساونیوس 30
3-3-1 صفحه باد گیر 30
3-3-2 روتورهای دو یا سه مرحله ای ساونیوس 30
3-3-3 روتور ساونیوس با پره پیچ خورده 31
3-3-4 نصب صفحه در انتهای بالا و پایین 33
3-3-5 روتور ساونیوس اصلاح شده 34
3-4 خلاصه ای از بررسی توربین ساونیوس 35
فصل 4
تحلیل تئوری 37
4-1 مقدمه 37
4-2 معادلات حاکم پس از نصب نازل 38
4-3 تحلیل تئوری 41
فصل 5
بررسی عددی 45
5-1 روش تفاضل محدود (FDM) 46
5-2 روش حجم محدود (FVM) 46
5-3 روش المان محدود (FEM) 47
5-4 انتخاب مدل توربولانس در شبیه سازی روتور 47
5-5 استفاده از تکنیک های محاسبات نرم در روتور ساونیوس 51
فصل 6
نتیجه گیری 53
6-1 هندسه مسئله 53
6-2 برریب استقلال از شبکه 55
6-3 اعتبار سنجی 56
6-4 نصب نازل در معرض جریان 58
6-5 بهبود نسبی شکل نازل 62
6-6 نمونه آزمایشگاهی 66
6-7 جمع بندی 67
منابع 68
بررسی عددی کارایی توربین بادی محور عمودی برای مقیاس کوچک
چکیده
در سال های اخیر استفاده از انرژی باد به دلیل دسترسی بالا و انتشار آلاینده اندک، رشد چشمگیری داشته است. از میان انواع توربین های بادی، توربین های محور عمودی به دلیل برخورداری از مزایایی همچون عدم وابستگی به جهت وزش باد، سادگی ساخت و حساسیت کمتر به آشفتگی جریان توجه خاصی را به خود معطوف ساخته اند. عملکرد این توربین ها همچنان با مشکلاتی از جمله تولید گشتاور نوسانی و راندمان کمتر نسبت به توربین های مرسوم مواجه می باشد. در این پژوهش یک توربین بادی محور عمودی با ابعاد آزمایشگاهی از میان پژوهش های پیشین انتخاب گردیده و کارایی آن با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی به صورت سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بهبود کارایی این توربین، اثر چند پارامتر هندسی حاکم از جمله میزان پیچش پره ها به دور روتور، محل اتصال پره به بازو های نگهدارنده و گام اولیه پره ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان داده است که انتخاب گام اولیه و محل اتصال مناسب پره می تواند بیشینه ضریب عملکرد توربین مورد بررسی را تا 60 درصد افزایش دهد. همچنین نشان داده شده که استفاده از پره های با پیچش مناسب، ضمن افزایش 45 درصدی ضریب عملکرد، حدود 65 درصد از دامنه نوسانات گشتاور تولیدی توربین را کاهش می دهد.
فصل1 1
دیباچه 1
1-1. صنعت باد در جهان 1
1-2. صنعت باد در ایران 4
1-3. توربین‌های بادی 5
1-3-1. ابزارهای بادی اولیه 5
1-3-2. توربین بادی امروزی 7
1-4. مقایسه انواع توربین‌های بادی 11
1-5. پژوهش حاضر 12
فصل2 14
پیشینه پژوهش 14
2-1. انواع مدل‌های عددی 15
2-1-1. مدل مومنتوم 15
2-1-2. مدل روش گردابه 17
2-1-3. روش دینامیک سیالات محاسباتی 18
2-2. مطالعات انجام شده 19
فصل3 25
شبیه‌سازی توربین محور عمودی 25
3-1. مشخصات مدل 26
3-2. آیرودینامیک حاکم 28
3-3. معادلات حاکم بر جریان 32
3-4. مدل آشفتگی 34
3-5. مدل‌سازی توربین 37
3-5-1. میدان حل 37
3-5-2. گسسته¬سازی میدان حل 38
3-6. شبیه سازی جریان 40
3-6-1. روش حجم محدود 40
3-6-2. گسسته‌سازی معادلات حاکم 41
3-6-3. شرایط مرزی 43
3-6-4. حلگر فشارمبنا 44
3-6-5. الگوریتم حل سیمپل 45
3-7. محاسبه گشتاور تولیدی توربین 46
3-7-2. پارامترهای حاکم 47
3-8. استقلال نتایج عددی از شرایط حل 50
3-8-1. استقلال نتایج از اندازه شبکه 50
3-8-2. استقلال حل از گام زمانی 52
3-8-3. استقلال حل از تعداد دوران روتور 54
3-9. اعتبارسنجی نتایج 55
فصل4 57
نتایج شبیه‌سازی 57
4-1. بررسی کارکرد روتور در یک دوران 58
4-1-1. الگوی جریان در مقاطع مختلف روتور 58
4-1-2. الگوی جریان در موقعیت¬های مختلف روتور 61
4-1-3. نیروهای وارد بر پره 63
4-1-4. گشتاور تولیدی پره و روتور 65
4-2. بررسی اثر نسبت سرعت لبه 69
4-3. بررسی اثر محل اتصال پره 72
4-4. بررسی اثر گام اولیه پره 78
4-5. بررسی اثر نسبت صلبیت 83
4-6. بررسی پیچش پره حول روتور 86
فصل5 91
نتیجه¬گیری و پیشنهادها 91
5-1. نتیجه¬گیری 92
5-2. پیشنهادها 93
پیوست 94
مراجع 95
کنترل بهینه انرژی از طریق کمینه‌سازی خستگی در توربین‌های بادی عمودی‌محور از روش همیلتن-ژاکوبی-بلمن
چکیده
پایان ناپذیری و عدم آلودگی محیطی سبب شده است که باد در بین انرژی های نو و تجدیدپذیر یکی از بهترین و اقتصادی ترین روش های تولید برق باشد. بنابراین ما به دنبال ارایه راهکارهای تحلیلی جهت بهینه سازی انرژی در توربین های بادی هستیم. به علت رفتار ذاتی تصادفی باد و این که خستگی مکانیکی سیستم توربین های بادی با کمینه سازی تغییرات گشتاور الکترومغناطیسی ژنراتور، به عنوان یکعامل کنترلی کم می شود، در این بحثبا سیستم های کنترل-تصادفی مواجه هستیم. هدف اصلی این پایان نامه، استفاده از روشهمیلتون-ژاکوبی-بلمن به منظور بهینه سازی انرژی از طریق حل یک معادله کنترل بهینه تصادفی مربوط به توربین بادی با تابع هدف درجه دوم می باشد؛ این بهینگی با ایجاد تعادل میان بیشینه سازی تبدیل انرژی و کمینه سازی خستگی مکانیکی توربین انجام می گیرد. پس از تعیین جواب بهینه، کنترل بهینه مورد نظر تعیین میشود و با جایگذاری آن در معادله اصلی توربین و حل آن، متغیرهای حالت در حالت بهینه شناسایی می گردند. از آن جا که تابع هدف به پارامتر تعیین کننده توازن نیازهای مخالف ذکر شده وابستهمی باشد، در ارایه شبیه سازی ها، با استفاده از الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات، مقدار مناسب آن به منظور دریافت عملکرد بهتر، تعیین و مقایسه شده است.
بررسی عددی عملکرد آئرودینامیکی توربین بادی محور عمودی با پره‌های مستقیم دارای زاویه گام متغیر
چکیده
انرژی باد، یکی از امیدبخش‌ترین منابع انرژی تجدید پذیر به شمار می‌روددر یک دسته‌بندی، توربین‌های بادی بر طبق محور چرخششان به دو دسته توربین‌های بادی محور افقی و محور عمودی تقسیم می‌شوندتوربین‌های بادی محورعمودی مبتنی بر برآ (داریوس) در سال 1930 توسط جرج داریوس پیشنهاد شدتوانایی دسترسی به بادهای مختلف‌الجهت، بدون نیاز به سیستم یاو، بزرگ‌ترین تفاوت و مزیت توربین بادی محورعمودی در مقایسه با توربین‌های بادی محورافقی به شمار می‌رودبنابراین می‌توان ادعا کرد که توربین‌های بادی محورعمودی در نواحی دارای وزش‌های باد متلاطم و نا پایا ازلحاظ جهت و شدت (مثل مناطق شهری) بسیار مفید و کارآمد باشنداز طرف دیگر، در نسبت‌های سرعت نوک پایین پره، توربین داریوس در زوایای چرخش مختلف، زاویه حمله بالایی را تجربه میکند و سبب جدایش جریان و تشکیل گردابه های کم‌فشار در قسمت کم‌فشار پره روتور و ارتعاش، نویز و کاهش عمر خستگی اجزای توربین می‌شودتمامی این اتفاقات سبب کاهش توان تولیدی و مشکل در راه‌اندازی اولیه توربین می‌گردداین عوامل سبب شده تا علی‌رغم دارا بودن بسیاری از جنبه‌های جذاب، این توربین‌ها به اندازه توربین‌های بادی محورافقی توسعه نیابنددر این مطالعه، یک سیستم تنظیم زاویه گام (توربین بادی داریوس دارای زاویه گام متغیر پره) معرفی و پیشنهاد شده است که می‌تواند دامنه و نرخ افزایش زاویه حمله در یک دور چرخش توربین را در مقایسه با توربین با زاویه گام ثابت تغییر دهددرنهایت انتظار می‌رود که یک توربین مجهز به زاویه گام متغیر می‌تواند در سرعت‌های نوک پایین‌تر نسبت به توربین با زاویه گام ثابت، جدایش جریان را روی پره‌های توربین سرکوب نماید و سبب افزایش گشتاور شروع به کار و بازدهی بیشتر و نیز کاهش نوسانات گشتاور و ارتعاش در طی تمامی سرعت‌های کاری توربین در مقایسه با توربین با زاویه گام ثابت شود
فصل اول: مقدمه6
مقدمه 7
1-1 انرژی باد و توربین بادی 8
1-2 منشا باد 10
1-3 مزایای بهره برداری از انرژی باد 11
1-4 آینده صنعت باد در جهان 11
1-5 آینده صنعت باد در ایران 15
1-6 انواع توربین¬های بادی 17
1-6-1 توربین های بادی با روتور محور افقی 18
1-6-2 توربین های بادی محورعمودی 19
1-6-2-1 توربین های بادی داریوس 19
1-6-2-2 توربین های بادی ساوینوس 21
1-7 مزایای توربین بادی محورعمودی داریوس 22
فصل دوم: آئرودینامیک توربین بادی محورعمودی داریوس 25
مقدمه 26
2-1 آئرودینامیک توربین بادی محورعمودی 27
2-1-1 زاویه حمله 27
2-1-2 واماندگی دینامیکی 30
2-1-3 واماندگی عمیق 33
2-2 آنالیز شروع به کار توربین بادی محورعمودی 33
2-2-1 ناحیه مرده 34
فصل سوم: مروری بر تحقیقات پیشین 37
مقدمه38
3-1 انواع مدل های محاسباتی بررسی عملکرد توربین بادی محورعمودی 39
3-1-1 مدل های مومنتوم المان پره 39
3-1-2 مدل گردابه ای 42
3-1-3 مدل کسکید 43
3-1- 4 روش پنل متد 44
3-1-5 روش دینامیک سیالات محاسباتی 46
3-2 مروری بر تاریخچه فعالیتهای به کاررفته جهت بهبود عملکرد توربین¬بادی داریوس به روش CFD 47
3-3 هدف پایان¬نامه 53
فصل چهارم: معادلات حاکم بر شبیه سازی عددی VAWT56
مقدمه57
4- 1 معادلات حاکم بر جریان سیال58
4- 1- 1 معادلات ناویر استوکس 58
4-1-1-1 معادله پیوستگی 58
4-1-1-2 معادله مومنتوم 58
4- 1- 2 معادلات حاکم بر جریان آشفته 59
4-1- 2- 1 روش آماری بررسی جریانات آشفته 60
4-1- 2- 2 معادله حرکت در جریان آشفته 60
4-1-2- 3 معادله پیوستگی در جریان آشفته 61
4-1- 2- 4 معادله مومنتوم در جریان آشفته 62
4-1-3 مدل¬های تلاطم بر پایه لزجت گردابه ای 62
4-1-3- 1 مدل¬های صفرمعادله ای 64
4-1- 3- 2 مدل¬های یک معادله ای 66
4-1- 3- 2- الف مدل آشفتگی Spalart Allmaras 66
4-1- 3 -3 مدل های دو معادله ای 67
4-1- 3- 3-الف مدل استاندارد K-ε 68
4-1-3- 3- ب مدل انتقال SST-Kω 70
4-1-3 -3 – ج مدل توربولانسی انتقالی SST 72
4- 2 معادلات حاکم بر حرکت توربین بادی داریوس 72
فصل پنجم: شبیه سازی عددی توربین بادی محورعمودی داریوس با پره مستقیم76
مقدمه77
5-1 فرضیات مدل سازی78
5-2 مشخصات توربین موردبررسی 78
5-3 تنظیمات کلی حلگر برای شبیه¬سازی عددی 83
5-4 شبکه بندی حوزه حل 87
5- 5 مطالعه استقلال حل از زمان 91
5- 6 اعتبارسنجی و انتخاب مدل توربولانسی 93
فصل ششم: نتایج شبیه¬سازی عددی98
مقدمه99
6-1 مشاهدات اثرات ناپایداری جریان حول توربین داریوس 100
6- 1- 1 محدودکننده عملکرد توربین: جدایش جریان 104
6- 1-2 تداخل گردابه ها و ایجاد پسا روی پره 106
6-2 بهبود عملکرد توربین 108
6- 2- 1 تنظیم زاویه گام اولیه پره 108
6- 2- 2 زاویه گام متغیر پره 117
6-2-2- 1 انواع سیستم تنظیم زاویه گام پره 118
6-2- 2-1-الف سیستم تنظیم زاویه گام فعال 118
6-2- 2-1-ب سیستم تنظیم زاویه گام غیرفعال 120
6-2-2- 2 زاویه گام متغیر سینوسی 121
6-2- 2-2-الف تاثیر زاویه گام سینوسی بر ضریب عملکرد توربین 123
6-2- 2-2- ب تاثیر زاویه گام سینوسی بر ضریب گشتاور پره 125
6-2- 2-2- ج تاثیر زاویه گام متغیر بر ساختار جریان حول توربین 126
6-2- 2-2- د تاثیر زاویه گام متغیر بر خستگی اجزای مکانیکی توربین 136
6-2- 2-2- ه تاثیر سرعت نوک بر ضریب گشتاور پره 137
6-2-2- 3 بررسی توابع هارمونیک شبه¬سینوسی 139
6-2- 2-3-الف بررسی عملکرد توربین 140
6-3 پارامترهای طراحی روتور توربین بادی محورعمودی 148
6- 3- 1 بررسی اثر صلبیت توربین بر عملکرد توربین 148
6-3-1- 1 تاثیر تغییر طول وتر بر عملکرد توربین دارای زاویه گام متغیر 148
6-3-1- 2 تاثیر تعداد پره بر ضریب عملکرد توربین دارای زاویه گام متغیر 151
6- 3- 2 بررسی اثر شکل پره بر عملکرد توربین 154
6- 3- 3 بررسی اثر اندازه جریان ورودی بر عملکرد توربین 159
6-4 مکانیزم پیشنهادی برای توربین بادی مجهز به زاویه گام متغیر 165
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات168
7-1 نتیجه¬گیری 169
7-2 ارایه پیشنهاد برای پژوهش¬های آینده 173
منابع174
بررسی عددی عملکرد آئرودینامیکی توربین بادی محور عمودی بر حسب ضخامت و انحنای ایرفویل
چکیده
اخیراً توربین بادی محورعمودی مبتنی بر برآیی داریوس، به دلیل طراحی ساده و عدم وابستگی به جهت باد، موردتوجه محققان قرارگرفته است به دلیل افزایش زاویه حمله پره در سرعت‌های نوک پایین و ایجاد واماندگی، اساساً این توربین‌ها با مشکل خود راه‌اندازی مواجه بوده و بازدهی کمتری نسبت به توربین‌های بادی محور افقی دارند همین موضوع سبب شده تا افزایش بازدهی این توربین‌ها امری مهم به نظر برسد در این پژوهش با استفاده از شبیه‌سازی عددی به بررسی آئرودینامیکی 15 ایرفویل مختلف (متقارن و غیرمتقارن) شامل پروفیل‌های سری S و A و ناکا پرداخته تا بتوان از میان این پروفیل‌ها بتوان بهترین تنظیمات توربین توان خروجی را شناسایی و ضریب توان و بازدهی توربین را افزایش داد تمامی شبیه‌سازی‌ها به‌صورت غیردائمی و دوبعدی و با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی به کمک مدل آشفتگی SST- kω در نرم‌افزار انسیس فلوئنت صورت پذیرفته و برای چرخش روتور توربین از تکنیک شبکه‌بندی لغزشی استفاده شده است از معادلات بقا برای تحلیل دوبعدی توربین بادی استفاده شده است این پژوهش، در دو بخش برای ایرفویل‌های متقارن (بدون انحنا) و ضخامت متغیر و ایرفویل های غیرمتقارن با انحنای متفاوت انجام شده است نتایج نشان داد که استفاده از پره S-1046 سبب افزایش 83/26% ضریب توان در مقایسه با ایرفویل استاندارد متقارن ناکا میشود بنابراین پیکربندی بهینه داریوس H روتور شامل S-1046 برای تولید انرژی باد مخصوصاً در مناطق شهری توصیه میشود نتایج همچنین نشان داد که استفاده از پره‌های منحنی شکل سبب کاهش زمان شروع به کار توربین شده اما پیک توان را کاهش می‌دهد و پروفیل‌های ضخیم‌تر در سرعت‌های نوک پایین توان بیشتری را تولید می‌کنند
فهرست
فصل اول: مقدمه 5
مقدمه 6
1-1 انرژی های تجدیدپذیر 7
1-2 برخی ویژگی های انرژی های تجدیدپذیر 10
1-3 آینده انرژی‌های تجدیدپذیر 13
1-4 آینده صنعت باد در ایران 14
1-5 نتیجه گیری و رئوس مطالب 16
فصل دوم: مفاهیم بنیادی 17
مقدمه 18
2-1 تبدیل انرژی باد 19
2-2 توربین بادی محورافقی 21
2-3 توربین بادی محورعمودی 23
2-4 ضریب بتز 25
2-5 تئوری بتز 26
2-6 تحلیل جریان اطراف روتور 27
2-7 اصول کارکرد توربین های داریوس 33
فصل سوم: مروری بر تحقیقات پیشین 36
مقدمه 37
3-1 خلاصه ای از روش های به کار رفته برای پیش بینی عملکرد توربین بادی داریوس 38
3-2 مروری بر تاریخچه ایرفویل های به کار رفته در پره توربین بادی داریوس 41
3-3 هدف پایان‌نامه 45
فصل چهارم: معادلات حاکم و هندسه مساله 48
مقدمه 49
4- 1 معادلات حاکم بر جریان 50
4- 2 مدل آشفتگی SST-Kω 50
4- 3 معادلات حاکم بر حرکت توربین بادی داریوس 51
4- 4 شبیه سازی عددی جریان 53
4- 5 دامنه محاسباتی و شرایط مرزی 54
4- 6 شرایط مرزی 55
4- 7 شبکه بندی فضای محاسباتی 56
4- 8 مدل سازی جریان آشفته 58
فصل پنجم: نتایج شبیه سازی عددی 62
مقدمه 63
5-1 هندسه پره 64
5-2 تاثیر متقابل پره ها (اثر ضریب پری) 68
5-3 واماندگی پره های متقارن 69
5-4 اثرات انحنا 75
5- 5 آنالیز شروع به کار توربین 79
5- 6 تحلیل جریان حول پره 85
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات 96
6-1 نتیجه گیری 97
6-2 ارایه پیشنهاد برای پژوهش‌های آینده 98
منابع 99
بیه سازی و تحلیل آیرودینامیکی اثرات حفره بر روی عملکرد توربین بادی محور عمودی داریوس (تیغه مستقیم)
چکیده
توربین بادی داریوس یکی از انواع توربین های بادی محور عمودی است که علی رغم ساختار ساده، تحلیل بسیار پیچیده ای دارد. در این تحقیق از شبکه بندی دو بعدی برای شبیه سازی توربین بادی داریوس استفاده شد. مدل آشفتگی به کار رفته در این پژوهش k-ωSST می باشد که از دقت بالایی در شبیه سازی جریان های توربولانسی برخوردار است. نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی کستلی مورد ارزیابی قرار گرفت. در این پژوهش از الگوریتم پیزو (PISO) استفاده گردید. دامنه حل از دو قسمت چرخان و غیر چرخان تشکیل می شود و شرایط مرزی عبارتند از سرعت ثابت در مرز ورودی، فشار ثابت در مرز خروجی، تقارن در مرزهای بالا و پایین و شرط دیواره برای ایرفویل ها، همچنین قسمت های چرخان و غیر چرخان با شرط مرزی رابط (interface) با یکدیگر کوپل شده اند. به منظور بررسی استقلال از شبکه، چهار شبکه مورد بررسی قرار گرفت که در نهایت شبکه با در مجموع 456367 سلول محاسباتی انتخاب گردید، همچنین معیار همگرایی در این پژوهش مقدار ضریب گشتاور توربین بادی در نظر گرفته شد. در این پژوهش سعی برآن شد تا با ایجاد حفره در پروفیل ایرفویل پره توربین بادی عملکرد این نوع توربین را بهبود بخشیم. در اینجا با ایجاد یک حفره در سطح ایرفویل پره اقدام به بهبود ضرایب آیرودینامیکی توربین نموده و اثر پارامتر های مختلف از قبیل؛ محل قرارگیری، قطر و پروفیل حفره مورد بررسی قرار گرفت و حالت بهینه برای هر سه پارامتر به ترتیب عبارتند از قسمت جلوی ایرفویل نزدیک به لبه حمله و در قسمت فشار ایرفویل، قطر به میزان 0.08 وتر و پروفیل دایروی شکل. در نهایت مشاهده گردید که عملکرد توربین در نقطه عملکرد بهینه (2.6=λ) به میزان 18% و به طور میانگین به میزان 25% در ایرفویل حفره دار نسبت به ایرفویل مرجع بهبود می یابد.
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1 مقدمه 2
2-1 انرژی باد 2
3-1 تاریخچه کاربرد انرژی باد در ایران و جهان 3
4-1 انرژی باد و توربین های بادی 6
1-4-1 توربین های بادی با محور چرخش افقی 8
2-4-1 توربین های بادی با محور چرخش عمودی 8
1-2-4-1 توربین های بادی مبتنی بر نیروی پسا 9
2-2-4-1 توربین های بادی مبتنی بر نیروی برآ 9
5-1 انواع توربین های بادی محور عمودی 10
1-5-1 توربین بادی محور عمودی داریوس 10
2-5-1 توربین بادی محور عمودی ساوونیوس 11
3-5-1 توربین بادی محور عمودی گیرومیل 12
4-5-1 توربین بادی محور عمودی سیکلوتوربین 13
6-1 کاربرد توربین های بادی 14
1-6-1 کاربرد های نیروگاهی 14
2-6-1 کاربرد های غیر نیروگاهی 14
7-1 توربین بادی محور عمودی داریوس با پره های حفره دار 15
8-1 پیشینه ایرفویل های به کار رفته در پره توربین بادی داریوس 17
9-1 روش عددی تحلیل عملکرد توربین بادی داریوس 19
10-1 هدف پژوهش حاضر 20
فصل دوم: معادلات حاکم
1-2 مقدمه 22
2-2 آئرودینامیک جریان 22
1-2-2 تغییرات زاویه حمله محلی 22
2-2-2 سرعت جریان نسبی محلی 24
3-2-2 نیروهای عمودی و مماسی 24
4-2-2 گشتاور و توان کل 25
3-2 معادلات حاکم بر جریان سیال 26
1-3-2 مدل آشفتگی جریان 27
1-1-3-2 مدل آشفتگی k-ω SST 27
4-2 فرضیات مسئله 29
5-2 هندسه مسئله 30
فصل سوم: شبیه سازی عددی و بررسی نتایج
1-3 مقدمه 34
2-3 روش حل عددی 34
4-3 شبکه بندی ناحیه محاسباتی 35
5-3 صحت سنجی حل عددی 35
1-5-3 بررسی استقلال از شبکه بندی ناحیه محاسباتی 36
2-5-3 بررسی صحت نتایج حل عددی 37
7-3 بررسی عملکرد بهینه توربین با ایرفویل NACA0021 38
8-3 بررسی اثر محل قرارگیری حفره بر عملکرد توربین 41
9-3 بررسی تاثیر پره حفره دار در گشتاور راه اندازی توربین 47
10-3 بررسی اثر اندازه قطر حفره در ایرفویل های حفره دار بر عملکرد توربین 52
11-3 بررسی اثر پروفیل حفره در ایرفویل های حفره دار بر عملکرد توربین 57
فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات
1-4 نتیجه گیری 60
2-4 پیشنهادات برای پژوهش های آینده 61
منابع 63
بررسی عددی نقش ضریب استحکام بر توان تولیدی توربین بادی محور عمودی نوع داریوس با تیغه های مستقیم
چکیده
در توربین‌های بادی با محور عمودی ، روتور اصلی به‌صورت عمودی قرار میگیرد. مهمترین برتری این نوع از توربین‌های بادی آن است که نیازی به تنظیم جهت قرارگیری نسبت به جهت وزش باد ندارند. این نکته در مکان‌هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، یک امتیاز به‌شمار می‌رود.در این پروژه به بررسی عددی اثر نسبت استحکام به عنوان پارامتری موثر بر روی عملکرد آیرودینامیکی توربین بادی محور عمودی داریوس با تیغه های مستقیم پرداخته میشود.برای بررسی عددی اثر استحکام بر روی ضریب توان از نرم افزار OpenFOAM استفاده شده است. این نرم‌افزار از شیوه عددی حجم محدود (FVM) برای حل معادلات جریان سیال (ناویر- استوکس) استفاده میکند. در این پژوهش پس از بررسی استقلال حل از شبکه، اعتبارسنجی کد عددی با استفاده از توربینی که مشخصات هندسی و همچنین نتایج تست آن در مراجع معتبر موجود می باشد، مورد بررسی قرار می گیرد.
فهرست شکلها ر
فصل1 1
مقدمه ای بر توربین های بادی 1
1-1- مقدمه 2
1-2- تاریخچه استفاده از توربین بادی 3
1-3- آمار جهانی و صنعت باد 6
1-4- بررسی اقتصادی استفاده از انرژی باد 12
1-5- آینده انرژی باد در ایران 14
1-6- انواع توربین های بادی 19
1-6-1- توربین بادی محور افقی 23
1-6-2- توربین بادی محور عمودی 25
1-6-2-1- توربین بادی نوع داریوس 28
1-6-6-2- ساونیوس 30
1-6-2-3- گیرومیل یا H روتور : 32
1-6-2-4- سیکلو توربین : 33
1-7- تعاریف 34
1-7-1- نسبت سرعت نوک 34
1-7-2- استحکام : 36
2- 42
تاریخچه 42
2-1- مقدمه 43
2-2- بیان تاریخچه 43
3- 48
مروری بر معادلات حاکم و حل عددی 48
3-1- مقدمه 49
3-3- معادلات حاکم بر جریان 50
4- 62
ارایه نتایج 62
4-1-مقدمه 63
4-2-مطالعه استقلال حل عددی از شبکه 66
4-3-بررسی صحت نتایج 71
4-4- بررسی اثر استحکام بر روی عملکرد توربین محور عمودی و ارایه نتایج 76
4-4-1- سالیدیتی 0.1 76
4-4-2- سالیدیتی 0.3 80
4-4-3- سالیدیتی 0.5 84
4-4-4- سالیدیتی 0.7 88
4-4-5- سالیدیتی 0.9 92
5- 96
تحلیل نتایج 96
5-1-تحلیل نتایج 97
5-2-پیشنهادها 102
شبیه سازی عددی و تحلیل عملکرد توربین بادی محور عمودی به منظور بهینه سازی نسبت سرعت نوک و دست یابی به توان بیشینه
چکیده
تعداد توربین‌های بادی گسترش یافته در سراسر جهان در سال‌های اخیر بطور قابل توجهی افزایش یافته‌است که البته بیشتر این توربین‌های بادی از نوع محور افقی هستند. امّا در سال‌های اخیر توربین های محور عمودی نیز مجدداً مورد توجه قرار گرفته‌اند. توربین‌های محور عمودی نسبت به توربین‌های محور افقی دارای چندین مزیت هستند. جعبه دنده و ژنراتور توربین‌های محور عمودی می‌تواند روی زمین نصب شود، بنابراین بار روی پایه توربین و هزینه‌های تعمیر ونگهداری کاهش می‌یابد. علاوه بر این، عملکرد این توربین‌ها مستقل از جهت وزش باد است و نیاز به سیستم کنترل جهت ندارند. هدف از این پژوهش، شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی یک توربین بادی محور عمودی پره مارپیچ، با استفاده از معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده، به منظور دستیابی به منحنی‌های عملکرد و به دنبال آن بدست آوردن نسبت سرعت نوک بهینه توربین می‌باشد. بدین منظور ابتدا بررسی آماری انرژی باد و تخمین پتانسیل آن طی سال‌های 2005 تا 2010 در اصفهان انجام شد. سپس با مفروض بودن مشخصه‌های هندسی توربین نظیر ابعاد، تعداد تیغه‌ها و نوع ایرفویل، یک مدل سه‌بعدی از تیغه‌های توربین در نرم افزار Solid work تهیه وسپس جهت شبکه‌بندی و تعیین دامنه حل، به نرم‌افزارANSYS Meshing(ICEM) انتقال داده شد. همچنین بررسی استقلال از اندازه شبکه انجام گرفت. سرانجام توربین مورد نظر به کمک نرم‌افزار ANSYS CFX و با مدل توربولانسی sst شبیه‌سازی عددی شد و مورد تحلیل قرار گرفت. منحنی‌های توان آیرودینامیکی بر حسب سرعت باد، گشتاور برحسب دور و ضریب توان برحسب نسبت سرعت نوک، از مهمترین منحنی‌های عملکرد یک توربین به شمار می‌آیند که از این حل عددی بدست آمد. نتایج حل عددی نشان داد در یک نسبت سرعت نوک معین که در واقع همان نسبت سرعت نوک بهینه است، توربین بالاترین ضریب توان را داراست و این نسبت سرعت، بسته به سرعت وزش باد تغییر خواهد کرد. بر اساس منحنی های عملکرد، نسبت سرعت نوک بهینه برای سرعت باد 5، 10 و 15 متر بر ثانیه به ترتیب 2/1، 2/2 و 2/45 بدست آمد. بعد از این نسبت سرعت نوک، با افزایش دور توربین، به مرور ضریب توان کاهش پیدا کرده تا جایی که در نسبت‌های سرعت نوک بالا، بدلیل افزایش بیش از حد زاویه حمله، جدایش جریان به وقوع خواهد پیوست و پره‌ها دچار واماندگی دینامیکی شده و ضریب توان منفی میشود. همچنین تغییرات ضریب توان طی یک چرخش کامل روتور نشان داده شد که نوسان بسیار کمی داشت. در پایان، نتایج شبیه‌سازی عددی با نتایج حاصل از تست تونل باد نمونه مشابه مقایسه شد که تطابق خوبی را نشان داد.
————————————————————————————————————————————–
برای دریافت فایل بر روی لینک زیر کلیک نمایید.
تومان58,000افزودن به سبد خرید
————————————————————————————————————————————–
