شبيه سازي عددي توربين بادي محور افقي در مزرعه بادي منجيل همراه با تحليل رژيم بادي

Numerical simulation of wind turbine in Manjil wind farm considering wind regime study

تحليل جريان لايه مرزي، براي بهينه سازي طراحي مزارع بادي، حساسيت بالايي دارد. به ويژه اثر جريان باد، در توربين هاي بادي نصب شده در زمين هاي ناهموار و كوهستاني پيچيده مي باشد. در اين تحقيق، پسباد توربين بادي و جريان باد در زمين ناهموار با ديناميك سيالات محاسباتي و با استفاده از نرم افزار اوپن فوم مورد مطالعه قرار گرفته است. يك مدل ديسك عملگر، كه نيروهاي وارد شده به توربين را بر روي كل ديسك اعمال مي كنند، بر پايه تئوري اجزاي پره به كار گرفته شده ا ند. براي شبيه سازي جريان اتمسفري و پسباد توربين بادي محور افقي در مزرعه بادي منجيل، معادلات ناوير-استوكس با رينولدز ميانگين حل شده و مدل آشفتگي كي-اپسيون به كار گرفته شده است. در شبيه سازي از شبكه بندي منظم استفاده گرديد. همچنين جهت باد غالب، با رسم گلباد منطقه، از شمال به جنوب به دست آمد. بررسي جزئيات توربين بادي با اطلاعات ميداني انجام شده است و نتايج عددي، تاثيرات پسباد تا پنج برابر قطر روتور بعد از توربين را نشان مي دهد. كاهش سرعت باد در اين فاصله 26% بوده است. توان به دست آمده از مدل براي توربين نمونه با اطلاعات ميداني تطبيق دارد. همچنين رژيم بادي مزرعه براي فصول مختلف سال تحليل شده و نتايج نشان مي دهد كه زمان هاي وزش باد مناسب در سه ماه نوامبر، دسامبر و ژانويه زير 50% بوده كه در طراحي مزرعه بادي و بازده نيروگاه مورد توجه مي باشد.

Research on atmospheric boundary layers in wind farms is an important task. Particularly, wind effect on wind turbines installed in mountainous area with complex terrain is complicated. In this research, the wake of a wind turbine and wind flow in complex terrain have been studied with computational fluid dynamic (CFD) method in OpenFOAM software. Actuator-disk model with introducing forces, based on Blade Element Momentum Theory, on the disk are used. For simulation of wind turbine in wind farm, Reynolds averaged Navier Stokes equation with k-ɛ turbulence model has been used. Structured mesh was used for simulation domain. Also, main wind direction has been determined from the north toward the south considering wind rose of the area. One of the wind turbines is studied in detail. The numerical results show an extended wake effect around 5d (five times the rotor diameter). Wind speed deficit is 26% at this distance. Captured wind power from the simulation is close to real data. Also, wind regime has been studied and analyzed for different seasons. For November, December and January, the time period that wind blows in effective speed, is decreased less than 50%, which is important in wind farm design and operation.