Aerodynamic Optimization of ۳D Micro HAWT Blade via RSM

سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 166

فایل این مقاله در 14 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JAFM-18-2_014

تاریخ نمایه سازی: 21 آذر 1403

چکیده مقاله:

The goal of this research is to redesign the three-dimensional geometry of a micro horizontal-axis wind turbine blade using response surface methodology. The variation of the two influential design parameters, chord length and twist angle, along the blade is geometrically modelled using a fourth- and second- degree polynomial, respectively. Therefore, the optimization process is performed basing on eight input parameters that describe the initial blade design. The performance of the initial and the new optimized wind turbine are compared using CFD and BEM approaches. To well study fluid flow through the wind turbine and assess its performance, the CFD analysis step is carried out using the RANS equations with the k-ω SST turbulence model. Concerning the optimization step, The MOGA (Multi-Objective-Genetic Algorithm) method is employed in an automated manner based on a metamodel with non-parametric regression NPR to identify the best candidate with high efficiency. The performance of turbine rotor types is analyzed using the open source Qblade software and compared with CFD methodology for different TSR (Tip Speed Ratio) values. An increase of ۱۴.۶۵% and ۱۷.۱۷% in power coefficient is marked for CFD and Qblade, respectively, at the design TSR of ۳. Compared to the initial blade, the optimal one produces more lift, has a lower separation area, and performs significantly better performance at all TSR values. The detailed representation of ۳D flow via pressure distribution and limiting streamlines on both blade surfaces confirm the optimization target which leads to reduce separation zones and improve rotor torque. Additionally, a ۳۷% improvement in starting operability at the lowest wind speed is achieved compared to the initial rotor.

کلیدواژه ها:

نویسندگان

R. Bekkai

Laboratory of Environment, Faculty of Sciences and Technology, Echahid Cheikh Larbi Tebessi University, Tebessa, ۱۲۰۰۲, Algeria

R. Mdouki

Laboratory of Environment, Faculty of Sciences and Technology, Echahid Cheikh Larbi Tebessi University, Tebessa, ۱۲۰۰۲, Algeria

R. Laouar

Laboratory of Environment, Faculty of Sciences and Technology, Echahid Cheikh Larbi Tebessi University, Tebessa, ۱۲۰۰۲, Algeria

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 :
  • Aelaei, M., Karimian, S., & Ommi, F. (۲۰۱۹). Sensitivity analysis ...
  • Akhlaghi, M., Asadbeigi, M., & Ghafoorian, F. (۲۰۲۳). Novel CFD ...
  • ANSYS FLUENT User’s Guide. ANSYS Inc, (۲۰۱۰) ...
  • Bai, C. J., Chen, P. W., & Wang, W. C. ...
  • Bekkai, R., Laouar, R., & Mdouki, R. (۲۰۲۴). Design optimization ...
  • Benim, A. C., Diederich, M., & Pfeiffelmann, B. (۲۰۱۸). Aerodynamic ...
  • Ceyhan, O., Sezer-Uzol, N., & Tuncer, I. (۲۰۰۹). Optimization of ...
  • Design Xplorer Documentation. ANSYS Inc, (۲۰۱۰) ...
  • Drela, M., & Aero, M. I. T. (۲۰۰۱). Astro: XFOIL ...
  • Glauert, H. (۱۹۷۶). Airplane Propellers. In Division L of Aerodynamic ...
  • Hasan, M. M., El-Shahat, A., & Rahman, M. (۲۰۱۷). Performance ...
  • Huang, B., Usui, Y., Takaki, K., & Kanemoto, T. (۲۰۱۶). ...
  • Khaled, M., Ibrahim, M. M., Abdel Hamed, H. E., & ...
  • Kim, B., Kim, W., Bae, S., Park, J., & Kim, ...
  • Kim, B., Kim, W., Lee, S., Bae, S., & Lee, ...
  • Koç, E., Gunel, O., & Yavuz, T. (۲۰۱۶). Mini-scaled horizontal ...
  • Lanzafame, R., Mauro, S., & Messina, M. (۲۰۱۳). Wind turbine ...
  • Lee, S. L., & Shin, S. (۲۰۲۰). Wind turbine blade ...
  • Li, J. Y., Li, R., Gao, Y., & Huang, J. ...
  • Maindonald, J., & Braun, W. J. (۲۰۱۰) Data analysis and ...
  • Marten, D., & Wendler, J. (۲۰۱۳). Qblade guidelines. Ver. ۰.۶, ...
  • Mauro, S., Lanzafame, R., & Messina, M. (۲۰۱۷). An insight ...
  • Menter, F. R., Kuntz, M., & Langtry, R. (۲۰۰۳). Ten ...
  • Pape, A. L., & Lecanu, J. (۲۰۰۴). ۳D Navier–Stokes computations ...
  • Rajib Kanti Monda, L., Gayathri, R., & Mercy Shanthi, R. ...
  • Reddy, S. R., Dulikravich, G. S., Sobieczky, H., & Gonzalez, ...
  • Sessarego, M., Feng, J., Ramos-García, N., & Horcas, S. G. ...
  • Shin, P., & Kim, K. (۲۰۲۰). Aerodynamic performance prediction of ...
  • Sørensen, J. N. (۲۰۱۶). General momentum theory for horizontal axis ...
  • Sun, H. (۲۰۱۱). Wind turbine airfoil design using response surface ...
  • Tabatabaeikia, S., Ghazali, N. N. B. N., Chong, W. T., ...
  • Taghinezhad, J., Alimardani, R., Masdari, M., & Mahmoodi, E. (۲۰۲۱). ...
  • Tahani, M., & Moradi, M. (۲۰۱۶). Aerodynamic investigation of a ...
  • Yang, Y., Xue, Y., Zhao, W., Yang, H., & Wu, ...
  • Yang, Y., Xue, Y., Zhao, W., Yao, S., Li, C., ...
  • Yang, Y., Zhao, W., Xue, Y., Yang, H., & Wu, ...
  • Zach, B. (۲۰۲۱). Curve Fitting in Excel, https://www.statology.org/curve-fitting-in-excel ...
  • Zhou, L., Wang, Z., & Shi, J. (۲۰۲۰). Optimization design ...
  • نمایش کامل مراجع