بهبود عملكرد توربين باد محور عمودي با مقياس واقعي با به‌كارگيري عملگر پلاسمايي

Power Improvement of a Commercial Large Scale Vertical-Axis Wind Turbine Using Plasma Actuators

هدف از اين تحقيق شبيه‌سازي سه بعدي جريان حول توربين باد عمود محور در ابعاد واقعي تحت تأثير نيروهاي حجمي حاصل از عملگر پلاسمايي مي‌باشد. بدين منظور، ابتدا عملگر پلاسمايي بر روي يك صفحه تخت كه در شرايط هواي ساكن قرار دارد، شبيه‌سازي شده و نتايج با مدلِ مرجع اعتبارسنجي گرديد. سپس به منظور كاربرد عملگر بر روي توربين باد و به دليل حساسيت جريان و تاثير نامطلوب حضور عملگر بر روي سطح پره‌ها، ايده‌ي اعمال آن درونِ سطحِ پره‌هاي توربين اولين بار در اين پژوهش به‌كار گرفته شد. بدين منظور ابتدا توربين باد ابعادِ واقعي G 530 بصورت دو بعدي و سه بعدي شبيه‌سازي و با نتايج تجربي اعتبارسنجي گرديد. در آخر، عملگر پلاسما درونِ سطح پره‌هاي توربين عمود محور و بر روي تمام سطح آن‌ها بصورت متوالي و همزمان اعمال شد. نتايج نشان داد اعمال عملگر با اين شرايط خاص، سبب تغيير الگوي جريان بر روي پره‌ي توربين بادِ واقعي شده و در نتيجه توان خروجي به ميزان 3 درصد افزايش مي‌يابد. نكته حائز اهميت اين است كه توان در يك توربين بادي محور عمودي مقياس واقعي با استفاده از تكنولوژي عملگر پلاسما مي‌تواند افزايش يابد. همچنين اعمال عملگر درونِ سطح پره‌ها تاثير در كارايي عملگر نخواهد داشت.

The present study numerically investigates the feasibility of using multiple dielectric barrier discharge plasma actuators inside the surface of geometry as a novel approach for active flow control over a large vertical axis wind turbine. For this reason, the plasma actuator is modeled based on Suzen model and the results are validated. Then, a computational study is carried out on a commercial large scale vertical -axis wind turbine to examine the effect of the presence of the plasma actuator. The 530 G vertical-axis wind turbine is used as the baseline case. The plasma actuator was applied inside the surface of the blades of turbine and on all their surfaces in a sequential and simultaneous way. It is revealed that the use of multiple dielectric barrier discharge actuators could enhance the induced velocity; this affects the pressure distribution and increases the aerodynamic torque. Consequently, an averaged power increase of 3 % was achieved. Possibility of increase in wind turbine power even in a commercial scale large turbine has been proved by flow separation control using the plasma actuation technology. In addition, the application of the plasma inside the surface of the blades will not effect on its performance.