مطالعه اثر متقابل توربين هاي باد پشت سرهم روي عملكرد يكديگر به كمك الگوي ديسك عملگر

Investigating the aerodynamic interaction of wind turbines based on actuator disk model

در اين پژوهش، روش ديسك عملگر دوبعدي به صورت تقارن محوري با دقت قابل قبول و هزينه محاسباتي كم براي مطالعه جريان حول روتور توربين باد محور افقي و دنباله ي آن توسعه داده شده است. با استفاده از قابليت UDF نرم افزار Fluent، كدي به زبان C براي اعمال ممنتوم مجازي به سيال نوشته شده و معادلات ناوير-استوكس با اضافه شدن عبارت نيروي حجمي به عنوان جمله چاه حل مي شوند. اعتبارسنجي روش با داده هاي توربين باد مبناي 5MW NREL انجام شده و اثر متقابل دو توربين پشت سرهم در مزرعه بادي، روي عملكرد آيروديناميكي يكديگر بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد، حضور توربين بالادست موجب كاهش توان و تراست روتور پايين دست تا فاصله سه برابر قطر روتور، به ترتيب تا حدود %88 و %57 مي شود. با افزايش فاصله ي توربين پايين دست از توربين بالادست تا حدود 170 برابر قطر روتور، توان و تراست شروع به بازيابي به سمت مقادير توربين بالادست مي كنند. نتايج توزيع توان در راستاي شعاع پره نيز نشان مي دهد براي روتور پايين دست در فواصل نزديك به روتور بالادست، بخش مياني پره سهم بيشتري در توليد توان دارد. علاوه براين، اثر روتور پايين دست روي عملكرد توربين بالادست به ترتيب تا حدود 1. 5 و 0. 7 درصد كاهش توان و تراست است و با افزايش فاصله، اين اثر ازبين مي رود.

In this paper, the axisymmetric actuator disk method (2D) with acceptable accuracy and low computational cost based on computational fluid dynamics have been adopted to study the flow behavior around the horizontal wind turbine rotor and the wake. For this sake, a C code is developed as a self-developed user-defined function (UDF) in commercial software package ANSYS FLUENT. The rotor is modeled as a virtual disc and its effect is added to the Navier-Stokes equations as a sink term. The results obtained for the 5 MW NREL wind turbine in this study show the appropriate accuracy and speed-up. The interaction of two wind turbines in the wind farm has been investigated. The results depict that the output power and thrust of the downstream rotor due to the presence of an upstream turbine drop up to 88% and 57%, respectively. Also, radial distribution of the downstream rotor power shows that at a closer distance, the middle part of the blade has a larger contribution to power generation. Further, the effect of downstream rotor on the upstream rotor performance is up to 1.5% and 0.7% reduction in power and thrust respectively.