بررسي عددي تاثير زاويه گام هاي ثابت و متغير پره بر واماندگي ديناميكي جريان حول پره توربين بادي داريوس

Numerical Investigation of the Effect of Fixed and Variable Pitch Angle Blade on Dynamic Stall of Flow Field Around Darrieus Wind Turbine Blade

توربين داريوس توربين بادي محور عمودي بر پايه نيروي برآ است كه به دليل طراحي ساده و عدم وابستگي به جهت باد مورد توجه محققان قرارگرفته است. به دليل افزايش زاويه حمله پره در سرعت‌هاي نوك پايين و ايجاد واماندگي ديناميكي، در اساس اين توربين‌ها با مشكل خود راه‌اندازي مواجه بوده و بازدهي كم تري نسبت به توربين هاي بادي محور افقي دارند. در اين مقاله، اثرات زاويه گام پره بر كاهش واماندگي ديناميكي اين توربين بادي داريوس بررسي شده و يك سامانه تنظيم زاويه گام (با زاويه گام متغير پره) پيشنهاد شده كه مي‌تواند دامنه و نرخ افزايش زاويه حمله در يك دور چرخش توربين را در مقايسه با توربين با زاويه گام ثابت تغيير داده و اثرات منفي واماندگي ديناميكي را از بين ببرد. در اين مطالعه، شبيه‌سازي‌ها به‌صورت غيردايمي و دوبعدي و با استفاده از CFD انجام شده و براي چرخش روتور توربين از روش شبكه‌بندي متحرك استفاده شده است. با مقايسه پره‌هايي با زواياي گام ثابت مختلف (°3± و°6 ± و°9± و°12±) نتيجه‌گيري شد كه تنظيم گام در زاويه °3-سبب به تاخير افتادن جدايش جريان و كاهش واماندگي ديناميكي مي‌شود. همچنين، مشاهده شد كه يك توربين داريوس مجهز به زاويه گام متغير مي‌تواند در سرعت‌هاي نوك كم جدايش جريان را روي پره‌ها از بين ببرد و با به تاخير انداختن يا حذف واماندگي ديناميكي، سبب افزايش بازدهي در طي تمامي سرعت‌هاي كاري توربين (در مقايسه با توربين با زاويه گام ثابت) شود.

The Darrieus lift-based VAWT has been studied by many scientists due to its simplicity of design and the wind direction independency. Due to increasing angle of attack and dynamic stall at low tip speed ratios, these wind turbines have the inherent problem of self-starting inability and produce less powerʹs compared to that of horizontal axis wind turbines. In this study, the effects of variable blade pitch angle mechanism on decreasing dynamic stall have been investigated. Finally, a pitching system (variable pitch Darrieus-type wind turbine) has been proposed, which can reduce both the blades, oscillating motion and the magnitude of the angle of attack in one revolution, compared to that of conventional VAWT. In this study, unsteady two-dimensional simulation is conducted, using CFD with moving mesh the rotating rotor. Simulation of different preset pitch angles of ±3° and ±6°, ±9° and ±12°, it is concluded that adjustment of pitch angle about -3°, causes a delay in flow separation and control dynamic stall. It was also observed that a variable-pitch blade turbine can suppress flow separation on its blades at low tip speed ratios. This leads to delay or elimination of dynamic stall and results in a higher efficiency during the range of turbine operation compared to that of fixed-pitch blade Darrieus turbines.