مطالعه تجربی و عددی توربین جزر و مدی عمود محور

Abstract

توربین‌های جزر و مدی به منظور استفاده از انرژی عظیم جریان‌های دریایی و جزر و مدی استفاده می‌شوند. توربین‌های جزر و مدی بر اساس محور دوران خود به دو دسته محور افقی و محور عمودی تقسیم می‌شوند. در این پژوهش به بررسی پارامترهای موثر بر هیدرودینامیک جریان در یک توربین جزر و مدی محور عمودی هانتر پرداخته شده است. ابتدا توربین هانتر در مقیاس 1:20 ساخته شده و در محیط آزمایشگاهی مورد مطالعه تجربی قرار گرفته و سپس با استفاده از حل گذرای CFD به شبیه‌سازی عددی جریان پرداخته شده است. شبیه‌سازی در دو شرایط غیاب سطح آزاد و حضور آن به انجام رسیده است و از مدل آشفتگی SST k-ω برای هر دو آنالیز و روش VOF برای مدل‌سازی سطح آزاد بهره گرفته شده است. نتایج شبیه‌سازی با داده‌های آزمایشگاهی، صحت سنجی شده و تطابق مناسبی را نشان می‌دهد. ضریب قدرت بیشینه حدود 23 درصد است و در ضریب جریان بین 4/0 تا 43/0 اتفاق می‌افتد. نتایج شبیه‌سازی در غیاب سطح آزاد نشان می‌دهد با افزایش ضریب انسداد، ضریب قدرت افزایش می‌یابد به شکلی که در انسداد 2/0، ضریب قدرت از مقدار 8/4 درصد با افزایش 4/8 درصد به 2/13 درصد در انسداد 32/0 رسید. همچنین آنالیز سطح آزاد نشان می‌دهد، تغییر شکل سطح آزاد باعث ایجاد گشتاور بیشتری روی پره توربین می‌گردد؛ در حالی که متوسط ضریب گشتاور در غیاب سطح آزاد حداکثر 18/0 است، همین ضریب با وجود سطح آزاد با افزایش 120 درصدی به 4/0 می‌رسد و ضریب قدرت نیز 10 درصد افزایش می‌یابد.