بررسي آزمايشگاهي و عددي اثر شكل پره بر بازدهي توربين پسايي هانتر

Experimental and numerical investigation of blade shape effect on the Hunter wind turbines efficiency

در مطالعه‌ي حاضر شكل پره‌ي نوع جديدي از توربين بادي محور قائم به نام توربين هانتر كه ساختار متفاوتي در مقايسه با ساير توربين‌هاي پسايي دارد، بررسي و بهينه‌سازي شده است. هدف مطالعه حاضر، طراحي پره با بيشترين ضريب پسا به منظور افزايش ضريب توان توربين مي‌باشد. در اين مطالعه 4 پره تخت مربعي، دايروي، نيم‌دايروي و تركيبي به منظور تعيين شكل پره مناسب، به روش آزمايشگاهي و عددي در حالت استاتيكي بررسي شده است. حل عددي با فرض جريان تراكم ناپذير دو بعدي ناپايا و سه بعدي پايا انجام شده است. براي شبيه سازي جريان معادلات ناوير استوكس با استفاده از الگوي آشفتگي دو معادله‌اي انتقال تنش برشي كي-امگا حل شده است. اين مدل، جريان كنار ديواره را با استفاده از حل مستقيم معادلات ناويراستوكس شبيه‌سازي مي‌نمايد. در روش آزمايشگاهي، نيروي پساي وارد بر پره اندازه‌گيري شده و با استفاده از مساحت پره، ضريب پسا محاسبه شده است. نتايج آزمايشگاهي و عددي با دقت نسبتا خوبي بر هم منطبق است. همچنين با مقايسه ضريب پسا پره‌هاي مختلف، مشاهده مي‌شود كه پره مربعي نسبت به ساير پره‌ها با ضريب پسا برابر 18/1، بيشترين ضريب پسا را دارد.

In the present study, the blade shape of a new kind of VAWT that has a different structure in comparison with other drag-based wind turbines, hunter turbine, is investigated and then optimized. The purpose of this study is designing a blade with the greatest drag coefficient in order to increase the power coefficient of the turbine. In this study 4 kinds of flat blades, including squared, circular, semi-circular and compound flat plates, have been investigated in static state experimentally and numerically. The numerically simulation has been carried out by assuming the in compressible, unsteady two-dimensional and steady three-dimensional flow. Flow simulation has been accomplished by discretizing and solving the Navier-Stokes equations with shear-stress transport (SST) k-ω turbulence model. This model simulates the near-wall flow by directly solving Navier-Stokes equations. In experimental method, the drag force is measured by a load-cell and the drag coefficient has been calculated by using the blade area. The results show a great agreement between the experimental and numerical data. It is concluded that the squared blade has the greatest drag coefficient among the considered cases, which is 1.18.