بهبود عملکرد توربین باد محور عمودی بر مبنای شیوه های کنترل جریان فعال و غیرفعال و مقایسه آنها

نوشتار حاضر به بررسی و مقایسهی عملکرد توربین بادی محور عمودی با اعمال ۵ روش کنترلی مختلف شامل روشهای فعال مکش و دمش جریان و روشهای غیرفعال ریبلت، حفره و ساختار متخلخل بهعنوان شیوهیی جدید میپردازد. توربین باد انتخاب شده در این تحقیق از نوع داریوس و پارامتر مورد مطالعه در این بررسیها عمدتا ضریب توان است. مشخصههای هندسی و ابعاد عملگرها تا حد امکان مشابه انتخاب شده تا امکان مقایسهی بهتر فراهم شود. شبیهسازی و حل عددی جریان در نرمافزار استار سیسیام بهصورت دوبعدی انجام شده است. معادلات حل جریان، معادلات ناویر ـ استوکس ناپایا و مدل توربولانسی $\rm{k-\varepsilon}$ انتخاب شده است. اعتبارسنجی نتایج بر مبنای دادههای تجربی و برای حالت اولیهی توربین که فاقد کنترل جریان است انجام شده است. سپس حل عددی برای هریک از شیوههای کنترلی انجام شده و ارزیابی صورت گرفته است. نتایج کیفی حاصل از میدان جریان نشان میدهد به میزانی که روش کنترلی در کاهش اثرات ناحیه دنباله موثر است، به همان میزان ضریب توان و یا راندمان بهبود پیدا کرده است. نتایج کمی نشان میدهد روشهای کنترلی فعال دمش و مکش با بهبودی در حدود ۶ درصد در نسبت سرعت نوک پره ۱٫۷ و ۲٫۶۴ عملکرد بهتری نسبت به سایر روشهای کنترلی داشتهاند. روش جدید معرفی شده که بکارگیری ساختار متخلخل در بخشی از پره است، به میزان ۱ درصد بهبود عملکرد در نسبت سرعت نوک پره ۱٫۷ به همراه داشته که البته با لحاظ مزیتهای اکوستیکی و کاهش نویز میتواند بهعنوان یک روش غیر فعال مناسب کاربرد داشته باشد. در ادامه همچنین به بررسی پارامتریک هرکدام از این روشهای کنترلی پرداخته شده است. میزان تغییر ضریب توان به شدت عملگر و نسبت سرعت نوک پره بستگی دارد. بهعنوان یک نتیجهی کاربردی میتوان ترکیبی از این شیوههای کنترل جریان را در فازهای عملکرد متفاوت توربین پیشنهاد کرد.

Keywords:

توربین بادی محور عمود , کنترل جریان , ریبلت , حفره , مکش , دمش , ساختار متخلخل