جدید No picture مشاهده عکس بزرگتر

تحلیل عددی رفتار دینامیکی پره های توربین بادی با محور عمودی به روش اویلری- لاگرانژی کوپل شده

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc. گرایش مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی

 

جدید

19,900 تومان

توضیحات

چکیده

 

در این تحقیق، توربین بادی با محور عمودی مدل ساوونیوس مدلسازی شده است. توربین بادی در حجم کنترل سیالاتی که همان تونل باد در شرایط واقعی می باشد، مدلسازی شده و تحت وزش باد با سرعتهای متفاوت بررسی شده است. همچنین از لحاظ نسبت هم پوشانی نیز در سه حالت مختلف تحت بررسی قرار گرفته تا بهترین حالت توربین با گشتاور استاتیکی بهینه تعیین گردد.

بر خلاف تمامی تحقیقات انجام شده، روش ارائه شده در این تحقیق، مدلسازی برخورد سیال با پره های توربین می باشد که امکان بررسی رفتار دینامیکی و محاسبات تنش و کرنش وارد بر پره توربین را دارد.

نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که در مناطقی که سرعت وزش باد کم است، از توربینی باید استفاده گردد که زاویه فاز بین دو طبقه توربین کم باشد و در مناطقی که سرعت وزش باد زیاد باشد، از زاویه فاز زیاد استفاده نمود. همچنین، برای کاهش نوسانات سرعت زاویه ای روتور توربین، در مناطقی که سرعت وزش باد زیاد است از زاویه فازهای بزرگتر استفاده گردد. اما در مناطقی که سرعت وزش باد کمتر است از زاویه فاز کوچکتر استفاده گردد.

مدلسازی کامل برهمکنش سیال بر پره های توربین، نشان می دهد که گشتاور استاتیکی در لحظه شروع چرخش روتور، به علت وجود یاتاقان در شرایط واقعی، افزایش می یابد، اما پس از شروع حرکت و غلبه بر نیروی اصطکاک ایستایی، کم کم مقدار گشتاور کاهش می یابد. این مقدار در زاویه حدود 85 درجه به حداقل خود می رسد که در همین لحظه توربین بیشترین سرعت خود را خواهد داشت.

همچنین نمودار انرژی جنبشی و کل توربین مورد بررسی قرار گرفته است که نشان دهنده افزایش این مقادیر به سبب افزایش سرعت باد برای همه توربین ها و افزایش زاویه فاز برای توربین های دو طبقه می باشد.

همچنین، بررسی نتایج بدست آمده از روش اجزاء محدود با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و نشان داده شده است که همخوانی قابل قبولی بین این نتایج وجود دارد.

کلمات کلیدی: توربین بادی با محور عمودی، زاویه فاز، نسبت هم پوشانی، توربین ساوونیوس، تجزیه و تحلیل المان محدود

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                               صفحه

فهرست مطالب .............................................................................................................................. أ

فهرست اشکال .............................................................................................................................. ه

فهرست جداول ............................................................................................................................ ح

چکیده ........................................................................................................................................ ط

مقدمه .......................................................................................................................................... ی

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه ............................................................................................................................... 1

1-2- انرژی تجدید پذیر ............................................................................................................ 2

1-3- ویژگی انرژی تجدیدپذیر ................................................................................................. 4

1-4- انواع منابع انرژی تجدیدپذیر ............................................................................................ 5

1-4-1- انرژی خورشیدی .................................................................................................... 5

1-4-2- انرژی زمین گرمایی ................................................................................................ 6

1-4-3- فن آوری هیدروژن، پیل سوختی و زیست توده ....................................................... 8

1-4-4- انرژی باد ................................................................................................................ 9

1-5- تاریخچه انرژی باد .............................................................................................................. 13

1-6- انواع توربین بادی ................................................................................................................ 16

1-6-1- توربین محور عمودی .............................................................................................. 16

1-6-1-1- مزایای توربین های محور عمودی .................................................................. 17

1-6-1-2- معایب توربین های محور عمودی .................................................................. 17

1-6-2- توربین محور افقی ................................................................................................... 17

1-6-2-1- مزایای توربین های محور افقی ....................................................................... 18      

1-6-2-2- معایب توربین های محور افقی ....................................................................... 18

1-7- مروری بر تحقیقات انجام شده ............................................................................................. 21

1-8- روش تحقیق در این پایان نامه .............................................................................................. 32

1-9- مروری اجمالی بر فصلهای پایان نامه .................................................................................... 33

فصل دوم: معرفی پارامترهای آنالیز FSI

 

1- 

2-1- مقدمه ............................................................................................................................... 34

2-2- معرفی پارامترهای موثر بر نتایج آزمایشگاهی ..................................................................... 35

2-2-1- گشتاور استاتیکی .................................................................................................... 38

2-2-2- زاویه فاز ................................................................................................................. 39

2-2-3- نسبت هم پوشانی پره ها .......................................................................................... 40

2-2-4- گشتاور دینامیکی(ضریب قدرت) ........................................................................... 42  

2-3- تئوری بتز ......................................................................................................................... 44

2-4- تئوری گلائورت .............................................................................................................. 50

2-4-1- طراحی مفهومی آیرودینامیکی پره توربین بادی ....................................................... 50

2-4-1-1- نحوهتعیینقطرروتوروتعیینتعدادپرههاوسطحهرپره .......................... 50

2-4-1-2- معرفی تئوری گلائورت جهت طراحی آیرودینامیکی پره توربین بادی ............ 50

2-4-1-2-1- محاسبه نیروی رانش محوری و گشتاور ................................................ 50

2-4-1-2-2- محاسبات ضریب قدرت ...................................................................... 52

2-4-1-2-3- تعیین مقادیر زاویه ای سرعت نسبی و ضریب شکل بهینه .... 52

2-4-1-2-4- تعیین ضریب قدرت ............................................................................. 52

2-4-1-2-5- اثر تعداد پره ها .................................................................................... 53

2-4-1-2-6- نحوه عملی طراحی آیرودینامیکی پره توربین باد و تعیین وتر و زاویه پره 53

2-4-2- طراحی مفهومی سازه ای پره های توربین بادی .................................................. 54

2-4-2-1- تنش های ناشی از تندباد ضمن عملکرد عادی .......................................... 54

2-4-2-2- تنش های ناشی از نیروهای گریز از مرکز در عملکرد عادی ..................... 55

2-4-2-3- تنش ناشی از اثرات ژیروسکوپی ............................................................. 55

2-4-2-4- تنش کل وارد بر پره ................................................................................ 55

2-4-2-5- انتخاب جنس پره .................................................................................... 56

2-4-3- محاسبه دقیق هندسی برای سطح پره توربین های بادی محور افقی ...................... 56

2-4-2-1- هدف ...................................................................................................... 56

2-4-2-2- پارامترهای اصلی برای تعیین هندسه پره .................................................... 56

2-4-2-3- تعیین مختصات فضایی نقاط بر روی سطح پره .......................................... 57

فصل سوم: شبیه سازی فرایند برهمکنش باد بر پره های توربین

3-1- مقدمه ............................................................................................................................... 58

3-2- معرفی پارامترهای مهم انتخاب شده در فرایند شبیه سازی ............ .. ................................... 61

3-2-1- پارامتر معادله گاز ایده آل Ideal Gas Equation State ................................... 61

3-2-2- پارامتر انتگرال گیری با تعداد نقاط گوس کاهش یافته ............................................. 62    

3-3- روند دستیابی به شبیه سازی نهایی مدل توربین ساوونیوس (مطابق مقاله اصلی) ............................... 63

3-3-1- محیط ایجاد قطعه ...................................................................................... 64

3-3-2- محیط تعریف خصوصیات مواد .......................................................... 64

3-3-3- محیط تعریف تعداد مراحل و نوع حل مساله ............................................... 64

3-3-4- محیط تعریف نوع تماس اجزا با هم ................................................ 64

3-3-5- محیط بارگذاری و اعمال شرایط مرزی .................................................... 65

3-3-6- محیط شبکه بندی اجزا ........................................................................ 65

3-4- شبیه سازی توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی صفر .................................... 66

3-4-1- مدلسازی سه بعدی توربین و تونل باد در محیط .......................................... 66

3-4-2- تعریف خصوصیات روتور و حجم کنترل سیالاتی در محیط ................ 66

3-4-3- مونتاژ اجزای مساله در محیط ........................................................... 67

3-4-4- تعریف تعداد مرحله و نوع حل مساله درمحیط ............................................. 69

3-4-5- تعریف نوع تماس سطوح اجزاء با هم در محیط ............................. 70

3-4-6- تعریف سرعت باد و شرایط مرزی تونل باد در محیط................................. 70

3-4-7- شبکه بندی مدل در محیط.......................................................................... 74

3-4-8- حل مساله در محیط..................................................................................... 74

3-5- شبیه سازی سایر توربین ها ............................................................................................... 75

 

 

 

 

 

 

فصل چهارم: ارئه نتایج و بحث و بررسی آن

4-1- مقدمه ................................................................................................................................. 78

4-2- بررسی نمودارهای تحلیل FSI ............................................................................................ 79

   4-2-1- تغییرات گشتاوراستاتیکی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ................... 79

   4-2-2- تغییرات گشتاور استاتیکی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان .................... 80

   4-2-3- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان .............. 81

   4-2-4- تغییرات انرژی جنبشی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ...................... 82

   4-2-5- تغییرات نیروهای تکیه گاهی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ............. 83      

   4-2-6- تغییرات نیروهای تکیه گاهی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی متفاوت .............. 84

   4-2-7- نمایش گرافیکی جریان سیال در بروخورد با توربین یک طبقه در تونل باد ................ 85

   4-2-8- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین دو طبقه با زاویه فازهای متفاوت .................... 87

   4-2-9- نمایش گرافیکی لحظه برخورد سیال با پره توربین دو طبقه ....................................... 88

   4-2-10- تغییرات بردار سرعت در هنگام شروع دوران توربین یک طبقه ............................... 89

   4-2-11- تغییرات بردار سرعت در هنگام شروع دوران توربین دو طبقه .................................. 91

 

 

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- مقدمه ................................................................................................................................. 93

5-2- نتیجه گیری ......................................................................................................................... 93

5-3- پیشنهادات ........................................................................................................................... 96

 

فهرست مراجع .........................................................................................................................98

 

چکیده انگلیسی

نقد و بررسی کاربران

هیچ نقدی هم اکنون وجود ندارد

خانه

محصولات جدید

خبرنامه