بررسی عملکرد ایرودینامیکی و میدان جریان اطراف یک توربین بادی محور افقی چندروتور کوچک

Abstract

توربین های بادی رایج، برای تولید توان بالا نیاز به پره­هایی با طول بسیار زیاد دارند. این مسئله مشکلاتی از قبیل نحوه ساخت پره­های عظیم، افزایش هزینه­ ساخت و حمل و نقل آن را ایجاد می­کند. برای بهبود این شرایط، توربین­های بادی چند روتور پیشنهاد شده­اند. در حالیکه عملکرد توربین‌های چندروتور پیش‌تر توسط پژوهشگران مورد مطالعه قرار گرفته، رفتار جریان در ناحیه دنباله آن که در طراحی چیدمان مزارع بادی حائز اهمیت می­باشد، کمتر مورد توجه بوده است. لذا تمرکز پژوهش پیش‌رو بر روی این بخش است. بدین منظور جریان سیال توربین بادی سه روتور با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مدل‌سازی شده است. شبیه‌سازی عددی برای یک توربین تک­روتور و توربین سه­روتور با زاویه ۱۸۰ درجه نسبت به هم انجام شده و جهت اعتبار سنجی، نتایج به دست آمده حاصل از شبیه­سازی توربین تک روتور با نتایج تجربی مقایسه شد. نتایج عددی توربین تک روتور نشان می دهد که مدل ویکی ینسن- گوسیان می­تواند در پیش­بینی دنباله توربین تک روتور عملکرد بهتری داشته باشد. با مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه­سازی توربین بادی سه روتور و نتایج حاصل از مدل­های ویکی برای توربین معادل، مشخص می­شود که به دلیل برهم کنش جریان­های دنباله­ای در پشت توربین سه روتور، اتلاف انرژی جنبشی سریع­تر اتفاق افتاده و سرعت در پشت توربین سریع­تر از توربین بادی تک روتور معادل بازیابی می­شود. همین امر اهمیت بسزایی در طراحی بهینه مزارع بادی دارد، چرا که توربین­ها می­توانند در فاصله کمتری تقریبا 4 برابر قطر معادل توربین تک روتور نسبت به یکدیگر قرار گیرند.