پایان نامه تحلیل عددی و آزمایشگاهی آیرودینامیک یک توربین بادی محور قائم ساونیوس

فهرست:

فصل اول. 13

1-1 مقدمه. 14

1-2 منشا باد. 14

1-3 تاریخچه باد. 15

1-4 توزیع سرعت باد. 16

1-5 منابع بادی.. 17

1-6 تولید باد. 18

1-7 ضریب ظرفیت... 20

1-8 محدودیت‌های ادواری و نفوذ. 21

1-9 پیش‌بینی پذیری.. 22

1-10 باد و محیط زیست... 22

1-11 انتشار آلودگی.. 23

1-12 مزارع بادی.. 24

1-12-1 استفاده از زمین.. 24

1-13 برق بادی در مقیاس‌های کوچک... 25

1-14 پتانسیل انرژی بادی در محیط های شهری.. 26

1-15 وضعیت برق بادی در جهان. 27

1-16 مساله مورد بحث در پایان نامه ، اهداف و نحوه انجام تحقیق.. 29

فصل دوم. 31

2-1 مقدمه. 32

2-2  آیرودینامیک توربین و کمیت های تاثیرگذار در عملکرد آن. 32

2-2-1 نیروی برا 32

2-2-2 نیروی پسا 33

2-2-3 عدد رینولدز 36

2-2-4 صلبیت توربین.. 36

2-2-5 ضریب سرعت نوک پره. 36

2-2-6  بازدهی و توان توربینهای بادی.. 37

2-3 انواع توربینهای بادی.. 38

2-3-1 توربینهای محور افقی.. 39

2-3-2 توربینهای محور قائم.. 44

3-1  مقدمه. 53

3-2  ساخت توربین... 53

3-2-1 ساخت توربین ساونیوس... 54

3-3  آزمایش توربین در تونل باد. 57

3-4 نحوه ی قرار گیری توربین در تونل جهت آزمایش.... 62

3-5- نتایج آزمایش.... 63

فصل چهارم. 67

4-1 مقدمه. 68

4-2  پیش پردازنده. 69

4-3  مدل ریاضیاتی.. 69

4-4 تولید سلولهای محاسباتی.. 70

4-5 وضوح مش.... 73

4-6-  کیفیت مش.... 74

4-7 صافی یا همواری سلول ها 75

فصل پنجم.. 76

5-1 مقدمه. 77

. 77

5-2 شرایط مرزی در نرم افزار فلوئنت... 77

5-2-1 جریان خروجی و ورودی.. 78

5-2-2 شرط مرزی دیوار 79

5-2-3 شرط سیال. 79

5-2-4  شرایط مرزی به کار گرفته شده. 79

5-3 معادلات حرکت... 80

5-5 مدلسازی جریانهای آشفته. 81

5-6 معادلات ناویراستوکس متوسطگیری شدۀ رینولدز(RANS) 82

5-7 مدل  k-εاستاندارد. 85

5-8 مدل k-ω SST.. 87

5-9 ناحیهی محاسباتی و شرایط مرزی.. 87

5-10 همگرایی حل.. 88

5-11انتخاب روشهای حل.. 89

5-12  محاسبه توان. 90

5-13 نتایج عددی.. 91

5-13-1 بررسی استقلال از شبکه. 91

5-13-2 مقایسه نتایج عددی با آزمایشگاهی.. 92

5-13-3 توزیع فشار 93

5-13-4  توزیع تنش برشی.. 94

5-13-5 کانتورهای سرعت... 97

فصل ششم.. 100

6-1 نتیجه گیری.. 101

6-2 پیشنهادات.. 101

مراجع. 103

منبع:

[1] World Wind Energy Report 2009 www.wwea.org.

[2] United Nations Environment Program, “Global Trends in Sustainable Energy Investment”, 2009

[3] American Wind Energy Association, “Global Wind Energy Market Report”,

http://www.awea.org/pubs/documents/globalmarket2003.pdf March 7, 2010.

[4] Global Wind Energy Council, “Global Wind 2009 report”,

http://www.gwec.net/index.php?id=78 June 2010.

[5] S. Eriksson, H. Bernhoff, and M. Leijon. “Evaluation of different turbine concepts for wind power” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 12, pp. 1419-1434,2008.

[6] Golding, E. W., “The Generation of Electricity by Wind Power”, London E. & F. M. Spon Ltd, Halsted Press, 1976.

[8] Global Wind Energy Council, www.gwec.net.

[9] Betz, A., “Das Maximum der theoretisch moglichen Ausnutzung des Windes durch Windmotoren”, Zeitscrift fur das gesamte Turbinenwesen, Heft 26, Sept.26, 1920.

[10] Manwell, J. F., McGowan, J. G., Rogers, A. L., “Wind Energy Explained; Theory, Design and Application”, John Wiley & Sons Ltd, 2002.

[11] Savonius SJ. The S-rotor and its applications; Mech Eng, 53, 333–8, 1931.

[12] Gupta R, Das R, Sharma KK. Experimental study of a Savonius-Darrieus wind machine. In: Proceedings of the internationalconference on renewable energy for developing countries, 2006.

[13] Debnath, B.K.; Biswas, A.; Gupta, R., “Computational fluid dynamics analysis of a combined three-bucket Savonius and three-bladed Darrieus rotor at various overlap conditions”. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 1, 033110-14, 2009.

[14] Betz, A., “Das Maximum der theoretisch moglichen Ausnutzung des Windes durch Windmotoren”, Zeitscrift fur das gesamte Turbinenwesen, Heft 26, Sept.26, 1920.

[15] Manwell, J. F., McGowan, J. G., Rogers, A. L., “Wind Energy Explained; Theory, Design and Application”, John Wiley & Sons Ltd, 2002.

[16] Menet  JL.  A  double-step  Savonius  rotor  for  local  production  of  electricity:  a design  study.  Renew  Energy  ;29:1843–62, 2004.

[17] Akwaa, J. V., Vielmob, H.A., Petryb, A.P.,  A review on the performance of Savonius wind turbines; Renewable and Sustainable Energy Reviews 16, 3054–3064, 2012.

[18] B. Altan, M. Atılgan, An experimental and numerical study on the improvement of the performance of Savonius wind rotor, Energy Conversion and Management 49 (2008) 3425-3432.

[19] M.H. 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.

[20] M. Kamoji, S. Kedare, S. Prabhu, Experimental investigations on single stage modified Savonius rotor, Applied Energy 86 (2009) 1064-1073.

[21] T. Hayashi, Y. Li, Y. Hara Wind tunnel tests on a different phase three-stage Savonius rotor. JSME Int J, Ser B: Fluids Therm Eng, 48(1) (2005) 9-16.

[22] Saha  UK,  Thotla  S,  Maity  D.  Optimum  design  configuration  of  Savonius rotor  through  wind  tunnel  experiments;  J Wind  Eng  Ind  Aerod,96,1359–75, 2008.

[23] N. Fujisawa, K. Ishimatsu, K. Kage, A comparative study of Navier-Stokes calculations and experiments for the Savonius rotor, Journal of Solar Energy Engineering 117 (1995) 344-346.

[24] T. Kawamura, T. Hayashi, K. Miyashita, Application of the domain decomposition method to the flow around the Savonius rotor, In: Proc. of the 12th International conference on Domain Decomposition Methods, 2001, pp. 393-400.

[25] R .Gupta, B. Debnath, R. Das, CFD analysis of a two-bucket Savonius rotor using Fluent package. In: Proc. of the European Wind Energy Conference, 2009.

[26] Islam, M., Ting, D. S.-K. and Amir, F., “Aerodynamic Models for Darrieus-type Straight-bladed, Vertical Axis Wind Turbines”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 12, No. 4, pp. 1087-1109, 2008.  

[27] Sivasegaram, S. and Sivapalan, S., “Augmentation of Power in Slow-Running Vertical-axis Wind Rotors Using, Multiple Vanes”, Wind Engineering, Vol. 7, No. 1, pp. 12-19, 1983.

[28] Takao, M., Maeda, T., Kamada, Y., Oki, M., Kuma, H., “A Straight-bladed Vertical Axis Wind Turbine with a Directed Guide Vane Row”,  Proceedings of 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference, San Diego,USA, Paper No. FEDSM2007-37422, 2007.

[29] Kuma, H., Takao, M., Beppu T., Maeda, T., Kamada, Y, and Kamemoto, K., “A Straight-bladed Vertical Axis Wind Turbine with a Directed Guide Vane– Mechanism of Performance Improvement“,  Proceedings of 27th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Estoril, Portugal, Paper No. OMAE2008-57233, 2008.

[30] M. Hiroyuki Takita et al, Experimental study of a straight-bladed vertical axis wind turbine with a directed guide vane row , Proceedings of the ASME 2009 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering,  Honolulu, Hawaii, USA, OMAE2009 May 31 - June 5, 2009.

[31] Guerri, O., Sakout, A., Bouhadef, K., “Simulations of the fluid flow around a rotating vertical axis wind turbine”, Source: Wind Engineering, v 31, n 3, May, p 149-163, 2007.

[32] Fluent Inc., “FLUENT 6.3 User's Guide,” September 2006.

[33] Price, T., UK large-scale wind power programme from 1970 to 1990: the Carmarthen Bay experiments and the Musgrove vertical-axis turbines, Wind Engineering, 30(3):225–42, May 2006.

[34] Blocken, B., Stathopoulos T., Carmeliet J., CFD simulation of the atmospheric boundary layer: wall function problems, Atmospheric Environment, 41, 238-252, 2007.

[35] Wilcox, D., Turbulence modeling for CFD, DCW Industries, La Canada, California, 1993.

[36] J. A. Karlsen, “Performance Calculations for a Model Turbine,” MSc. Thesis, NTNU University, Jun 2009.

[37] G. Easom, “Improved Turbulence Models for Computational Wind Engineering,” PhD Thesis, University of Nottingham, January 2000.

      [38] Guerri, O., Sakout, A., Bouhadef, K., “A review on the performance of Savonius   wind turbines”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Renewable  and  Sustainable  Energy  Reviews  16 (2012) 3054–   3064