تأثير استفاده از يك مانع ايرفويل شكل بر افزايش كارايي يك توربين بادي محور عمودي ساونيوس

Effect of using an airfoil-shaped deflector on increasing the efficiency of a savonius vertical axis wind turbine

افزايش روز افزون جمعيت نياز به توسعه پايدار انرژي را روز به روز بيشتر مي كند. همچنين افزايش سطح گازهاي گلخانه اي و كاهش سطح ذخاير انرژي فسيلي، مراكز تحقيقاتي دنيا را به سمت انرژي هاي تجديدپذير معطوف كرده است. در ميان انرژي هاي تجديدپذير، انرژي باد يكي از مطرح ترين گونه هاي انرژي هاي تجديدپذير مي باشد. در اين مطالعه با استفاده از مانع ايرفويل شكل راندمان توربين بادي ساونيوس به طور قابل توجهي افزايش يافته است. اين افزايش راندمان به صورت ارتقاي قابليت شروع بكار خودكار توربين بادي ساونيوس و كاهش گشتاور منفي ايجاد شده توسط پره برگشتي انجام شده است. روش بررسي :پيكربندي هاي مختلف سيستم منحرف كننده (مانع) پيشنهاد شده با استفاده از تكنيك ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) به صورت عددي بررسي شده است. شبيه سازي سه بعدي ناپايا معادلات ناوير-استوكس متوسط گيري شده رينولدز (URANS) همراه با مدل توربولانسي SST k-ω انجام شده و با داده هاي تجربي موجود اعتبارسنجي گرديده است. يافته ها: نتايج پيش بيني شده نشان مي دهد كه عملكرد روتور ساونيوس بسيار به موقعيت و زاويه مانع بستگي دارد. بنابراين، مقادير موقعيت و زاويه مناسب براي به دست آوردن بالاترين ضرايب گشتاور و توان وجود داشته است. استفاده از مانع مطلوب ايرفويل شكل، به طور قابل توجهي مقادير ضريب گشتاور ايستاتيكي را در تمام محدوده زاويه اي خصوصاً در زاويه چرخش بين 0 تا 30 درجه و 150 درجه تا 180 درجه افزايش مي دهد. با پوشش صحيح پره برگشتي با استفاده از مانع ايرفويل شكل، مقادير ضريب گشتاور استاتيكي تا 2 برابر بيشتر از مقدار توليد شده در حالت بدون مانع افزايش مي يابد. بحث و نتيجه گيري: توربين ساونيوس از راندمان پاييني برخوردار است. بنابراين، مطالعه حاضر با ارائه يك سيستم بهبود دهنده منحرف كننده (مانع) منجر به توليد توان و ضرايب گشتاور بالاتر مي شود كه در نهايت باعث ايجاد راندمان بالاتر و قابليت شروع به كار خودكار بهتر مي شود.

Background and Objective: With the increment of population, the need for sustainable energy development has been raised. By increasing greenhouse gas emissions and decreasing the fossil energy reserves have also shifted research centers around the world to renewable energy sources. Among renewable energies, wind energy is one of the most important types of renewable energy. In this study, the efficiency of the Savonius wind turbine is significantly increased by using an airfoil-shaped deflector. This increase in efficiency is carried out by upgrading the self-starting performance capability of the Savonius wind turbine and reducing the negative torque generated by the returning blade. Material and Methodology: Different configurations of the proposed deflector system are considered numerically using the CFD solver. A three-dimensional incompressible unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes simulation in conjunction with the SST k-ω turbulence model is done and validated with the available experimental data. Findings: The predicted results indicated that the performance of the Savonius rotor is highly dependent on the position and angle of the deflector. Thus, there was an appropriate position and angle values to obtain the highest torque and power coefficients. It was concluded that using the favorable airfoil-shaped deflector significantly enhanced the static torque coefficient values in all angular ranges especially in the rotation angles between 0° to 30° and 150° to 180°. By properly covering the returning blade using the airfoil-shaped deflector, the static torque coefficient values increased up to 2 times higher than that generated by without deflector case. Discussion and Conclusion: The Savonius turbine suffers from poor efficiency. Hence, the present work dealt with proposing an improved deflector system led to generate higher power and torque coefficients which resulted in capturing a higher efficiency and better self-starting capability.