بررسي عددي و تجربي اثر ميزان هم پوشاني اوليه و ثانويه بر عملكرد توربين بادي ساونيوس

Numerical and experimental investigation on effects of the primary and secondary overlaps on the performance of Savonius wind turbine

توريبن هاي بادي ساونيوس بدليل طراحي و ساخت ساده، عدم وابستگي به جهت باد و خود راه انداز بودن، مورد توجه بسياري از محققين قرار گرفته اند. در مقاله حاضر با استفاده از شبيه سازي عددي و نتايج آزمايشگاهي به بررسي اثر ميزان هم پوشاني اوليه و ثانويه بر عملكرد توربين بادي ساونيوس پرداخته شده است. هشت روتور مختلف مورد بررسي قرار گرفته اند كه سه روتور بصورت آزمايشگاهي و هر هشت روتور بصورت عددي تحليل شده اند. اثر پارامترهاي هم پوشاني اوليه، هم پوشاني ثانويه، عدد رينولدز و تعداد پره بر ضريب توان و ضريب گشتاور پره مورد بررسي قرار گرفته اند. نتايج نشان مي دهند حداكثر ضريب توان براي تمامي روتورهاي بررسي شده در نسبت سرعت هاي نوك 8/0 تا 0/1 (سرعت نوك پره نزديك به سرعت باد) اتفاق مي افتد. ضريب توان حداكثر در مقدار هم پوشاني اوليه (بي بعد شده نسبت به قطر پره) 2/0 اتفاق مي افتد، اما كم يا زياد كردن هم پوشاني ثانويه باعث كاهش ضريب توان حداكثر مي شود. با افزايش عدد رينولدز ضريب توان حداكثر و متوسط افزايش مي يابد. همچنين گرچه افزودن پره به روتور ساونيوس باعث ايجاد گشتاور توليدي يكنواخت تري مي گردد، اما ضريب توان حداكثر روتور را كاهش مي دهد. با افزايش نسبت هم پوشاني ثانويه مثبت، ضريب گشتاور افزايش مي يابد و هم پوشاني منفي ضريب گشتاور را كاهش مي دهد.

Due to simplicity of design and manufacture, self-starting characteristics and operating independently of wind direction, Savonius wind rotors have been considered by many scientists. In the present study, the effects of the primary and secondary overlap ratios on the performance of Savonius wind rotors have been investigated by means of numerical simulation and wind tunnel tests. Eight different rotor structures were analyzed numerically; three of them were also studied by experimental methods. The effects of the primary and secondary overlap ratios, Reynolds number and the number of the blades on the power and torque coefficients were examined. For all investigated rotors, the maximum value of the power coefficient occurred at a tip speed ratio between 0.8 – 1.0 (blade tip speeds close to the wind speed). Additionally, the maximum power coefficient was found at a dimensionless primary overlap ratio of 0.2; however, increasing or decreasing the secondary overlap ratio caused a reduction in the maximum value of the power coefficient. Also, it was shown that an increase in Reynolds number resulted in increase of the maximum and average values of power coefficient. Moreover, although adding more blades could produce a more uniform torque, it causes the maximum value of the power coefficient to decrease. By increasing the positive secondary overlap ratio, torque coefficient was increased while the negative overlap ratio reduced the torque coefficient.