A Numerical Study on Effects of Ice Formation on Vertical-axis Wind Turbine Performance and Flow Field at Optimal Tip Speed Ratio

سال انتشار: 1403
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 163

فایل این مقاله در 16 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JAFM-17-9_008

تاریخ نمایه سازی: 19 تیر 1403

چکیده مقاله:

Wind turbines can freeze due to exposure to cold air. Ice formation on the rotor blades of a wind turbine reduces their performance. In the present work, the effects of ice formation on rotor blades of straight-blade vertical-axis wind turbines (SBVAWT) with a three-blade rotor and a NACA ۰۰۲۱ airfoil are numerically evaluated under two-dimensional transient settings by solving the continuity, momentum and turbulence equations become in ANSYS FLUENT. Grid and time step independence was investigated. For validation, the numerical model was compared with experimental data. An experimental ice model from the literature was then used to numerically simulate the iced rotor in two-dimensional transition settings. The numerical simulation of the icy rotor was compared with an ice-free rotor. It was found that ice formation on the rotor blades changed the velocity and pressure fields around the rotor blades at angles of ۱۸۰—۳۶۰°, changing the streamlines and increasing the vortices. Furthermore, the maximum and minimum reductions in moment coefficient during blade icing occurred at angles of ۲۲۵—۳۱۵° and ۴۵—۱۳۵°, respectively. Due to ice formation on the rotor blades, the power coefficient of the rotor blades at angles ۱۸۰—۳۶۰° decreased drastically, and the power coefficient of the iced rotor was smaller than that of an ice-free rotor. It was concluded that ice formation on the blades of the SBVAWT reduced the average power coefficient of the blades and rotor power coefficient by ۹۴.۲% and ۹۵%, respectively.

نویسندگان

S. Abbasi

Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran

A. Mahmoodi

Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran

A. Joodaki

Faculty of Engineering, University of Ayatollah Alozma Boroujerdi, Boroujerd, Iran

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Baizhuma, Z., Kim, T., & Son, C. (۲۰۲۱). Numerical method ...
  • Ebrahimi, A., Hajipour, M., & Hasheminasab, H. (۲۰۱۶). Experimental investigation ...
  • Gao, L., & Hong, J. (۲۰۲۱). Wind turbine performance in ...
  • Gao, L., & Hu, H. (۲۰۲۱). Wind turbine icing characteristics ...
  • Gao, L., Tao, T., Liu, Y., & Hu, H. (۲۰۲۱). ...
  • Guo, W., Shen, H., Li, Y., Feng, F., & Tagawa, ...
  • Guo, W., Zhang, Y., Li, Y., Tagawa, K., & Zhao, ...
  • Howell, R., Qin, N., Edwards, J., & Durrani, N. (۲۰۱۰). ...
  • Hu, L., Zhu, X., Chen, J., Shen, X., & Du, ...
  • Hu, L., Zhu, X., Hu, C., Chen, J., & Du, ...
  • Ibrahim, G., Pope, K., & Muzychka, Y. (۲۰۱۸). Effects of ...
  • Imran, R. M., Hussain, D. A., & Soltani, M. (۲۰۱۶). ...
  • Jin, J. Y., & Virk, M. S. (۲۰۲۰a). Effect of ...
  • Jin, J. Y., & Virk, M. S. (۲۰۲۰b). Experimental study ...
  • Kreutz, M., Ait-Alla, A., Varasteh, K., Oelker, S., Greulich, A., ...
  • Lamraoui, F., Fortin, G., Benoit, R., Perron, J., & Masson, ...
  • Li, Y., Shi, L., Guo, W., Sun, C., & Jiang, ...
  • Li, Y., Sun, C., Jiang, Y., & Feng, F. (۲۰۱۹a). ...
  • Li, Y., Sun, C., Jiang, Y., Yi, X., & Zhang, ...
  • Li, Y., Tagawa, K., & Liu, W. (۲۰۱۰). Performance effects ...
  • Li, Y., Tagawa, K., Feng, F., Li, Q., & He, ...
  • Li, Y., Tang, J., Liu, Q., Wang, S., & Feng, ...
  • Li, Y., Wang, S., Liu, Q., Feng, F., & Tagawa, ...
  • Li, Y., Wang, S., Sun, C., Yi, X., Guo, W., ...
  • Maeda, T., Kamada, Y., Hiromori, Y., Nakai, A., & Kasuya, ...
  • Maeda, T., Kamada, Y., Murata, J., Furukawa, K., & Yamamoto, ...
  • Maeda, T., Kamada, Y., Murata, J., Kawabata, T., Shimizu, K., ...
  • Manatbayev, R., Baizhuma, Z., Bolegenova, S., & Georgiev, A. (۲۰۲۱). ...
  • Sagol, E. (۲۰۱۴). Three Dimensional Numerical Predicton of Icing Related ...
  • Shi, L., Li, Y., Guo, W., & Sun, C. (۲۰۲۱). ...
  • Shu, L., Li, H., Hu, Q., Jiang, X., Qiu, G., ...
  • Shu, L., Li, H., Hu, Q., Jiang, X., Qiu, G., ...
  • Shu, L., Liang, J., Hu, Q., Jiang, X., Ren, X., ...
  • Son, C., & Kim, T. (۲۰۲۰). Development of an icing ...
  • Son, C., Kelly, M., & Kim, T. (۲۰۲۱). Boundary-layer transition ...
  • Turkyilmazoglu, M. (۲۰۰۲a). Flow in the vicinity of the trailing ...
  • Turkyilmazoglu, M. (۲۰۰۲b). The absolute instability of Joukowski-type airfoils. Theoretical and ...
  • Turkyilmazoglu, M., GajjarRID=" ۱" ID=" ۱" All correspondence should be ...
  • Wang, Q., Yi, X., Liu, Y., Ren, J., Li, W., ...
  • Yang, Y., Guo, Z., Song, Q., Zhang, Y., & Li, ...
  • Yirtici, O., & Tuncer, I. H. (۲۰۲۱). Aerodynamic shape optimization ...
  • Yirtici, O., Ozgen, S., & Tuncer, I. H. (۲۰۱۹). Predictions ...
  • Zhu, C., Zhu, C., Guo, T., & Liu, L. (۲۰۱۵). ...
  • Zhu, X., Hu, L., Chen, J., Shen, X., & Du, ...
  • نمایش کامل مراجع