پاسخ آیروالاستیک توربین بادی محور افقی در شرایط تغییر ناگهانی اندازه و جهت باد با روش ناپایای المان پره– مومنتوم

در این پژوهش، تغییرات دینامیکی توان خروجی توربین باد محور افقی سه پره ای مگاواتی مرجع در شرایط تغییر ناگهانی اندازه ی سرعت باد و در زوایای یاو مختلف بررسی شده است. پاسخ زمانی شامل پیچش الاستیک نوک پره و توان تولیدی روتور در این شرایط ناپایا با حالت جریان پایای باد مقایسه شده است. سه پروفیل برای تغییر ناگهانی سرعت باد مابین ۱۰ تا ۱۲ متر بر ثانیه و همچنین توربین در شرایط زاویه ی یاو صفر، ۱۰ و ۲۰ درجه درنظرگرفته شده است. با استفاده از روش ناپایای المان پره-مومنتوم و فرض نظریه تیر اویلر-برنولی برای پره، پیچش الاستیک پره ی توربین محاسبه شده است. از الگوی آیرودینامیکی دنباله ی دینامیکی برای شبیه سازی تاخیر زمانی رسیدن نتایج به شرایط پایا پس از تغییر ناگهانی سرعت باد و برای به دست آوردن ضرایب آیرودینامیکی پس از واماندگی نیز از الگوی واماندگی دینامیکی اونرا استفاده شده است. برای اعتبارسنجی روش پیشنهادی، نتایج حالت پایا با داده های منحنی عملکرد توربین مگاواتی مرجع NREL تا قبل از سرعت نامی و در حالت دینامیکی با توربین مرجع Tjaereborg مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می دهد. نتایج نشان می دهد تغییرات ناگهانی سرعت باد باعث نوسانات شدید در پیچش الاستیک پره شده و توان خروجی توربین را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین افزایش گرادیان سرعت باد منجربه افزایش تاخیر زمانی رسیدن پاسخ روتور به شرایط پایای جدید می شود. وجود زاویه ی یاو توربین نیز منجربه کاهش توان روتور و بارهای آیرودینامیکی متناوب می شود. از این نتایج و روش پیشنهادی می توان برای طراحی کنترلر مناسب توربین در شرایط ناپایای مشابه فوق استفاده کرد.

کلیدواژه ها:

Blade element momentum ، Unsteady aerodynamics ، Stall dynamic ، Aeroelasticity ، Wind turbine ، المان پره-مومنتوم ، آیرودینامیک ناپایا ، واماندگی دینامیکی ، آیروالاستیسیته ، توربین باد