توسعه تئوري مومنتوم المان پره در جريان‌‌هاي ناپايا با در نظر گرفتن پديده واماندگي ديناميكي

Development of Blade Element Momentum Theory for Unsteady Flow with Regard to the Dynamic Stall Phenomenon

اولين گام در طراحي توربين‌‌هاي بادي، انتخاب نسبت سرعت نوك مي‌‌باشد. در اين پژوهش، محاسبه‌ي سرعت نوك بهينه با در نظر گرفتن واماندگي ديناميكي صورت گرفته است. واماندگي ديناميكي نيروي زيادي روي مقاطع هوابر ايجاد مي‌كند و در توربين با جريان ناپايا رخ مي‌دهد. هدف اين پژوهش بررسي تاثير جريان ناپايا با نوسان دوره‌اي بر عملكرد توربين‌‌هاي بادي محور افقي مي‌‌باشد. ابتدا از يك مدل واماندگي ديناميكي براي تحليل داده‌هاي استاتيك موجود استفاده مي‌شود، سپس به كمك اين مدل نسبت سرعت نوك بهينه با استفاده از تئوري مومنتوم المان پره محاسبه مي‌‌گردد. همچنين ضريب توان و نيروي پيشران توربين در چند نسبت سرعت نوك متفاوت بررسي گرديده است. در نمودارهاي ضريب توان و نيروي پيشران، علاوه بر نتايج ديناميك، نتايج استاتيك ترسيم شده ‌است. مقايسه‌‌ي اين نتايج نشان مي‌‌دهد كه چگونه واماندگي ديناميكي، باعث انحراف جواب‌‌ها نسبت به حالت استاتيك مي‌‌شود. نتايج حاكي از آن است كه پديده واماندگي ديناميكي، باعث كاهش 3% ضريب توان توربين نسبت به جريان پايا مي‌‌گردد. همچنين نسبت سرعت نوك بهينه طراحي توربين، در حالت ديناميك افزايش مي‌‌يابد. در ادامه بررسي نمودارهاي متوسط زماني ضريب پسا نشان مي‌‌دهد كه تأخير در جدايش تقريباً از مقاطع مياني بال شروع مي‌‌شود و در ريشه به مقدار بيشينه مي‌‌رسد.

The first step in turbine blade design is to select tip speed ratio. In this research, the optimum speed ratio is calculated with regard to the dynamic stall phenomenon. The dynamic stall imposes large amplitude loading on airfoil sections and since it occurs in turbine operating envelope in unsteady flow. The purpose of this study was to investigate the effect of unsteady flow with periodic oscillation on the performance of horizontal axis wind turbines. A dynamic stall model is implanted to analyze the static data obtained. Then, using this model and blade element momentum theory, the optimal tip speed ratio is calculated. Also, thrust and power coefficients are plotted in several different tip speed ratios. In addition to dynamic results, static results are plotted in power and thrust graphs. Comparison of these results shows how the dynamic stall causes the deviations of responses to static state. This phenomenon affects the efficiency by -3% as compared to the static stall. Also the optimum tip speed ratio increases in dynamic mode. In addition, time average diagrams of the drag coefficient show that the delay in separation starts approximately from the midpoints of the blade and reaches the maximum value at the root.