بررسی جریان و ضریب گشتاور توربین بادی داریوس بر حسب تغییرات زاویه گام و نسبت سرعت نوک پره

Abstract

توربین داریوس، توربین بادی محورعمودی بر پایه نیروی برآ است که به دلیل طراحی ساده و عدم وابستگی به جهت باد، مورد توجه محققان قرارگرفته است. به دلیل افزایش زاویه حمله پره در سرعت‌های نوک پایین و ایجاد واماندگی، اساساً این توربین‌ها با مشکل راه‌اندازی مواجه بوده و بازدهی کمتری نسبت به توربین‌های بادی محور افقی دارند. در این مطالعه نشان داده می شود که استفاده از توربین‌های با زاویه گام پره متغیر، یک راه‌کار مناسب برای رفع مشکل راه‌اندازی و افزایش توان توربین بادی داریوس می‌باشد. در این مقاله، اثر زاویه گام متغیر پره با دامنه‌های مختلف بر میزان گشتاور خروجی، رفتار جریان حول پره و راه‌اندازی توربین بادی داریوس بررسی شده است. شبیه‌سازی‌ها به‌صورت غیردائمی و دوبعدی و با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی به کمک مدل آشفتگی SST- kω در نرم‌افزار انسیس فلوئنت صورت پذیرفته و برای شبیه‌سازی چرخش روتور توربین، از تکنیک شبکه‌بندی لغزشی استفاده شده است. بررسی عددی نشان می‌دهد که استفاده از روش گام متغیر با هدف کاهش اندازه زاویه حمله و کاهش نوسانات پره، شانس توربین برای تولید گشتاور در زوایای چرخش مختلف را افزایش می‌دهد. همچنین بررسی جزییات جریان حول پره همچنین نشان می‌دهد که استفاده از روش گام متغیر سبب افزایش اختلاف فشار حول ناحیه کم‌فشار و پرفشار پره شده و واماندگی جریان را به تأخیر می‌اندازد. به همین دلیل توربین با زاویه گام متغیر این توانایی را داراست تا در مقایسه با توربین با زاویه گام ثابت، در سرعت‌های نوک متوسط و پایین، توان بیشتری تولید کند.