Title of article :
An Axial Hydro-Kinetic Turbine for Optimum Power Extraction using Tidal Dams
Author/Authors :
Zahedi Nejad, A Department of Mechanical and Aerospace Engineering - Science and Research Branch - Islamic Azad University, Tehran , Zahedi Nejad, P Department of Mechanical Engineering - Shiraz Branch - Islamic Azad University
Abstract :
The present paper describes analytical optimization and numerical simulation of a modern hydro-kinetic turbine. It was a tidal turbine with twin elliptic-rotors. The turbines were installed within the twin ducts inside of a tidal dam. There was a gap between each of the turbines and the ducts for allowing vortex formation around each of turbines. The pitch angle distribution was optimized for highest energy extraction from water flow. The numerical simulations of the turbine have shown great power-coefficient that exceeds from 1.0 for tip-speed ratios greater than 3.5. According to power-coefficient curve, the runaway speed for the hydrokinetic turbine was eliminated and the extracted power has increased with a second order function at higher tip-speed ratios. Based on obtained data, an axial hydro-kinetic turbine can not only absorb flow kinetic energy of incoming flow, but also can extract energy from parallel flows over each turbine. The powercoefficient curve against tip-speed ratio encounters with a break point around tip-speed ratio of 3.0. Simultaneously a strong vortex ring has formed around each of turbines. Flow trajectories illustrate how the
hydro-kinetic turbine was able to absorb much more energy from external flows than conventional axial hydro-kinetic turbines.
Farsi abstract :
مقاله حاضر بهينه سازي تحليلي و شبيه سازي عددي يك توربين انرژي-جنبشي جديد را شرح مي دهد. اين يك توربين جزر و مدي با روتور بيضوي دو قلو
است. توربين ها درون داكت هاي دو قلو در داخل يك سد جزر و مدي نصب شدند. يك فاصله بين هر يك از توربين ها و داكت ها وجود دارد تا اجازه تشكيل
گردابه در اطراف هر يك از توربين ها داده شود. براي بيشترين استخراج انرژي از جريان آب توزيع زاويه گام بهينه سازي شده است. شبيه سازي هاي عددي توربين ضريب توان بزرگي را نشان داده اند كه براي نسبت سرعت نوك بالاتر از 3/5 بالاتر از 1/0 است. مطابق منحني ضريب توان سرعت دوران آزاد توربين انرژي-جنبشي حذف مي شود و در نسب هاي سرعت نوك بزرگتر، توان استخراج شده با تابع درجه دو افزايش مي يابد. بر اساس بررسي هاي انجام شده در مقاله حاضر يك توربين انرژي-جنبشي محوري نه تنها قادر است انرژي جنبشي جريان ورودي را جذب كند بلكه توانايي جذب انرژي از جريان هاي موازي هر يك از توربين ها را دارد. منحني ضريب توان در مقابل نسبت سرعت نوك با يك نقطه شكست در اطراف نسبت سرعت نوك 3/0 مواجه است. به صورت همزمان يك حلقه گردابه اي قوي در اطراف هر يك از توربين ها تشكيل مي شود. خطوط مسير جريان مشخص مي كند كه چگونه توربين انرژي-جنبشي قادر است در مقايسه با توربين هاي انرژي-جنبشي رايج انرژي بيشتري را از جريان هاي خارجي جذب كند.
Keywords :
Energy resource , Power-coefficient , Renewable energy , Shape optimization , Tidal turbine
Journal title :
Astroparticle Physics