دانشگاه آزاد اسلامی
واحد خمینی شهر
دانشکده مکانیک
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی مکانیک- گرایش تبدیل انرژی
عنوان :
تحلیل عددی و آزمایشگاهی آیرودینامیک یک توربین بادی محور قائم ساونیوس
استاد راهنما :
دکتر سعید رسولی
استاد مشاور :
دکتر بابک مهماندوست
نگارش:
اسماعیل فتاحیان
تابستان ۱۳۹۳
تشکر و قدردانی
گرچه داشتن انسانهای توانمند و معتقد با باورهای مشترک باعث رشد و توسعه می‌گردد. ما اکنون در دنیایی زندگی می کنیم که با شتاب در حال تغییر و تحول است بنابراین باید از امکانات، سرمایه و منابع محدود خود به طرز بهینه استفاده کنیم. افرادی هستند که علوم را از بهترین منابع دریافت و پس از تجزیه و تحلیل آن خود به تولید علم پرداخته و با یک تحلیل منطقی به جامعه ارائه می دهند اساتید جزء روشنفکران جامعه به حساب می آیند روشنفکری در معنای عالم خود گامی به سوی آزادی داشتن تلقی می شود.
بدین وسیله از همه اساتید معظم و بزرگواری که در دوران تحصیلم از آنها آموخته ام سپاسگزاری نموده و در برابر ایشان سر تعظیم فرود آورده و برای یکایک این عزیزان از درگاه خداوند منان طلب سلامتی و آرزوی موفقیت روزافزون دارم. خصوصاً استاد فرزانه، جناب آقای دکتر رسولی که قبول زحمت فرموده و با راهنمایی‌های دقیق و عالمانه، در این تحقیق یاری‌ام فرموده‌اند، که بی‌وجود رهنما، پیمودن راه غیرممکن است. و از جناب آقای دکتر مهماندوست، استاد مشاور محترم، کمال تشکر و سپاس را دارم.
تقدیم به
مادرم
دریای بیکران فداکاری و عشق
پدرم
حامی من در تمام مراحل زندگی
چکیده
در این پایان نامه تحلیلی تجربی به همراه شبیه سازی عددی جهت بررسی عملکرد توربین بادی محورقائم ساونیوس به انجام شده است. جهت انجام آزمایشات توربین ساخته شده در تونل باد مادون صوت تحت آزمایش قرار گرفت. به منظور بررسی دقت آرمایشات هر آزمایش در هر سرعت باد سه مرتبه تکرار شد که نتایج انطباق خوبی با هم داشتند. شبیهسازی عددی به کمک نرمافزار Fluent 6.3 با بهره گرفتن از مدل k-ω SST و با بهره گرفتن از روش محورهای مختصات مرجع چندگانه (MRF)انجام شده است. گشتاور، ضریب توان، توزیع تنش و فشار بر روی پره های توربین مورد مطالعه قرار گرفته اند. جهت بررسی صحت و دقت نتایج عددی حاصل شده از اصول دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، مقایسه با نتایج آزمایشگاهی تونل باد استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که نتایج عددی و تجربی دارای مطابقت خوبی هستند و در بیشترین میزان خطا در نقطه ی بیشینه ضریب توان ۶درصد خطا بین نتایج ما وجود دارد. نتایچ عددی نشان داد که فشار استاتیک و تنش برشی با افزایش سرعت زاویه ای و همچنین سرعت باد افزایش می یابند.
واژگان کلیدی: انرژی بادی، توربین بادی محور قائم ساونیوس، دینامیک سیالات محاسباتی ، گشتاور، ضریب توان.
فهرست جدول‌ها
عنوان شماره صفحه
جدول ۳-۱- مشخصات و ابعاد اجزای تشکیل دهنده توربین ساونیوس ۵۴
جدول ۵‑۱ مقدار ثوابت معادلاتِ لزجت گردابهای، k و ε ۸۶
جدول ۵-۲ ضریب توان در شبکه بندی های مختلف ۹۱
جدول ۵-۳ مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی ضریب توان درسرعت باد m/s 5.5 93
جدول ۵-۴ مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی ضریب توان درسرعت باد m/s 7.5 93
فهرست شکل‌ها
عنوان شماره صفحه
شکل ۱-۱ نمونه ای از آسیاب های بادی قدیمی ۱۶
شکل ۱-۲ آنمومترجهت اندازه گیری سرعت باد ۱۸
شکل ۱-۳ میزان ظرفیت بادی نصب شده از سال ۱۹۹۶ تا سال ۲۰۱۲ در جهان ۲۸
شکل ۱-۴ پیش بینی ظرفیت نصب شده تا سال ۲۰۱۷ به تفکیک قاره های مختلف ۲۹ شکل ۲-۱ نیروهای وارد بر پره توربین بادی ۳۳
شکل ۲-۲-الف تصویر یک توربین محور قائم برا ۳۵
شکل ۲-۲-ب تصویر یک توربین محور افقی برا ۳۵
شکل ۲-۳ نمونه ای ازتوربین بادی محور قائم و افقی ۳۹
شکل ۲-۴ اجزاءتوربین بادی محور افقی ۴۴
شکل ۲-۵ شماتیک یک توربین بادی ساونیوس و مکانیزم عملکرد ۴۷
شکل ۲-۶ مشخصه های عملکردی یک توربین بادی ساونیوس ۴۹
شکل ۲-۷ توربین کلاسیک داریوس از نوع تخم مرغی شکل ۵۰
شکل ۲-۸ انواع روتورهای داریوس ۵۰
شکل ۲-۹ شماتیک و مکانیزم عملکرد توربین H-روتور ۵۱
شکل ۳-۱ شماتیک ساختمان روتور ساونیوس و عمل آن در مقابل باد ۵۵
شکل ۳-۲ بلبرینگ استفاده شده در توربین ۵۵
