پاسخ آیروالاستیک توربین بادی محور افقی در شرایط تغییر ناگهانی اندازه و جهت باد با روش ناپایای المان پره– مومنتوم

Abstract

در این پژوهش، تغییرات دینامیکی توان خروجی توربین باد محور افقی سه‌پره‌ای مگاواتی مرجع در شرایط تغییر ناگهانی اندازه‌ی سرعت باد و در زوایای یاو مختلف بررسی شده است. پاسخ زمانی شامل پیچش الاستیک نوک پره و توان تولیدی روتور در این شرایط ناپایا با حالت جریان پایای باد مقایسه شده است. سه پروفیل برای تغییر ناگهانی سرعت باد مابین 10 تا 12 متر بر ثانیه و همچنین توربین در شرایط زاویه‌ی یاو صفر، 10 و 20 درجه درنظرگرفته شده است. با استفاده از روش ناپایای المان پره-مومنتوم و فرض نظریه تیر اویلر-برنولی برای پره، پیچش الاستیک پره‌ی توربین محاسبه شده است. از الگوی آیرودینامیکی دنباله‌ی دینامیکی برای شبیه‌سازی تأخیر زمانی رسیدن نتایج به شرایط پایا پس از تغییر ناگهانی سرعت باد و برای به‌دست آوردن ضرایب آیرودینامیکی پس از واماندگی نیز از الگوی واماندگی دینامیکی اونرا استفاده شده است. برای اعتبارسنجی روش پیشنهادی، نتایج حالت پایا با داده‌های منحنی عملکرد توربین مگاواتی مرجع NREL تا قبل از سرعت نامی و در حالت دینامیکی با توربین مرجع Tjaereborg مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد تغییرات ناگهانی سرعت باد باعث نوسانات شدید در پیچش الاستیک پره شده و توان خروجی توربین را تحت تأثیر قرار می‌دهد. همچنین افزایش گرادیان سرعت باد منجربه افزایش تأخیر زمانی رسیدن پاسخ روتور به شرایط پایای جدید می‌شود. وجود زاویه‌ی یاو توربین نیز منجربه کاهش توان روتور و بارهای آیرودینامیکی متناوب می‌شود. از این نتایج و روش پیشنهادی می‌توان برای طراحی کنترلر مناسب توربین در شرایط ناپایای مشابه فوق استفاده کرد.