بهبود عملكرد توربين بادي عمود محور با استفاده از تغيير مقاطع J شكل

Improvement of vertical axis wind turbine performance using different J-shaped profiles

در اين پژوهش، عملكرد يك توربين بادي محور عمودي پره‏ مستقيم نوع داريوس با استفاده از پره‌هاي J شكل مورد بررسي قرار مي‏گيرد. پره‌هاي J شكل به دليل بهره‌گيري هم‌زمان از نيروهاي برآ و پسا در سرعت‌هاي باد پايين عملكرد بهتري ارايه مي‌دهند، از اين رو پيش‌بيني مي‌شود كه استفاده از اين پره‌ها گشتاور راه‌اندازي توربين را تا حد قابل قبولي تقويت و توان خروجي را بهبود بخشد. هدف اصلي در اين پژوهش، يافتن مقطع J شكل بهينه براي دستيابي به بهترين منحني عملكرد توربين است. به همين منظور شبيه‏سازي عددي روي يك توربين بادي محور عمودي با ظرفيت 3 كيلووات با پره‌هاي مختلف J شكل انجام شده است. اين پره‌ها از مقاطع J شكل با حذف ناقص سمت فشار ايرفويل غيرمتقارن Du 06-W-200 ايجاد مي‌شوند. جهت شبيه‏سازي، از نرم‏افزار منبع‏باز اوپن‌فوم بهره گرفته شده است. مشاهده شد كه حالت بهينه براي مقاطع J شكل، با حذف سمت فشار از محل بيشينه ضخامت ايرفويل مرجع ايجاد مي‌شود و بيش‌ترين توان خروجي با استفاده از اين مقطع بدست مي‌آيد. نتايج نشان مي‌دهند كه استفاده از مقطع J شكل مشكل راه‌اندازي خودكار توربين را با تقويت گشتاور راه‌اندازي، به ميزان قابل‌ملاحظه‌اي بهبود مي‌بخشد. همچنين ارتعاشات و تنش‌هاي وارده بر مجموعه ياتاقان‌ها و محور دوران روتور با استفاده از مقطع J شكل كاهش مي‌يابد و جريان حول توربين پايدارتر مي‌شود.

In this study, the self-starting of a Darrieus vertical axis wind turbine (VAWT) is enhanced using a J-shaped airfoil profile. The paper investigated the performance of VAWT with the J-shaped blades. Since the J-shaped blades utilize the lift and drag forces simultaneously, the turbine performance at low tip speed ratios (TSRs) is enhanced. Thus, it is expected that using these blades will improve the starting torque and output power. The main goal in this study is to find an optimum J-shaped profile acquiring the best performance of wind turbine. For this purpose, a 3kW J-shaped straight-bladed Darrieus type VAWT is investigated numerically using OpenFOAM computational fluid dynamic package. It employs the finite volume method to solve the Navier-Stokes equations. The J-shaped profile is designed by means of eliminating a fraction of pressure side of Du 06-W-200 airfoil. The results indicate that the performance of turbine is optimized for J-shaped profile which eliminates the pressure side of airfoil from the maximum thickness toward the trailing edge. Moreover, by employing this J-shaped profile, the wind turbine performance is intensified TSRs and self-starting of turbine is improved.