مطالعه اثر ممان اینرسی بر عملکرد توربین بادی داریوس با استفاده از شبیه سازی عددی

محاسبه شتاب و گشتاورنوسانی توربین های بادی محورعمودی ، بدلیل نیاز به تکنیک های مبتنی بر شبکه بندی و حل همزمان معادلات اویلری حاکم بر جریان سیال و معادلات لاگرانژی حاکم بر بدنه صلب توربین ، از پیچیدگی و زمان محاسبات بالایی برخورداربوده و تابعی از ممان اینرسی توربین می باشد. اما در بیشتر مطالعات انجام شده، سرعت زاویه -ای توربین مشخص و ثابت فرض شده و بدون توجه به ممان اینرسی با حل معادلات اویلری فاز گاز روی شبکه متحرکی با سرعت ثابت روتور، جریان اطراف پرهها شبیه سازی شدهاست . لذا در این مقاله به مطالعه اثر ممان اینرسی توربین بادی داریوس از نوع تیغه مستقیم ، بر عملکرد و سرعت زاویه ای آن با استفاده از روش ترکیبی شبکه پویا و یک درجه آزادی پرداخته شده است . معادلات اویلری فاز گاز بصورت گذرا و بر اساس روش حجم محدود گسسته و توسط الگوریتم پیزو بر روی یک شبکه پویا، که بر اساس موقعیت جدید توربین در هر گام زمانی تولید می شود، حل شده است . در این روش با محاسبه برآیند نیروهای وارد بر جسم (نیروهای آیرودینامیکی ناشی از جریان باد وارد بر تیغه ها و نیروهای مکانیکی شامل اصطکاک و گشتاور ناشی از بار ژنراتور) از قانون دوم نیوتن شتاب، و با انتگرالگیری از آن در گامهای زمانی بسیار کوچک ، سرعت و موقعیت توربین محاسبه می شود. نتایج نشان می دهد ممان اینرسی نقش مهمی بر فرکانس و دامنه ی سرعت زاویه ای ، نوسانات گشتاور خروجی و توان خروجی توربین داشته که در تحلیل مکانیکی پره ها از جمله پدیده خستگی از اهمیت زیادی برخوردار است .

کلیدواژه ها:

توربین بادی ، داریوس ، ممان اینرسی ، CFD ، درجه آزادی