بهینه سازی توپولوژی در طراحی پره توربین باد ۲۰ مگاواتی

طراحی پره توربین باد همواره جزء مسائل پرچالش مهندسی سازه است. این سازه ها که اغلب از لایه های کامپوزیتی ساخته می شوند، متشکل از پوسته و اسپار هستند که محل قرارگیری بهینه اسپار به فراخور سازه و بارگذاری برای هر پره متفاوت است. باتوجه به گسترش توجه ها به انرژی های تجدیدپذیر و طرح مسئله ساخت پره های توربین باد مقیاس بزرگ در سال های اخیر، پژوهش این مقاله روی پره توربین باد ۲۰ مگاواتی انجام شده است. ابتدا یک هندسه بیرونی برای این پره توربین باد از مقالات استخراج شده سپس از تحلیل سیالاتی عددی، بارگذاری استاتیکی روی پره بدست آمده است. با اعمال بارگذاری روی پره، به دو روش و با استفاده از بهینه سازی توپولوژی، محل بهینه برای قرار دادن اسپار تعیین شده است. در روش اول، هندسه پره تو پر فرض شده و با اعمال توزیع فشار آیرودینامیکی، بهینه سازی توپولوژی انجام شده است. در روش دوم، ۲۰ اسپار به عنوان کاندیدهای بهینه بودن در درون پره چیده شده و کل هندسه به صورت پوسته مدل شده است. در پژوهش های پیشین مشابه، از روش اول در دو مقاله استفاده شده که روی پره های توربین کوچک تر انجام شده اند؛ اما روش دوم از نوآوری های پژوهش حاضر محسوب می شود. ماموریت بهینه سازی توپولوژی در هر دو روش، کمینه کردن ماتریس نرمی بوده و نوع بهینه سازی بر پایه چگالی انتخاب شده است. در پایان با مقایسه نتایج، نشان داده شده که دو روش یک محدوده نزدیک به هم را به عنوان محل قرارگیری اسپار معرفی می کنند و محل دقیق اسپار بهینه قابل شناسایی است. خروجی این روش به گونه ای است که برای هر پیکربندی (تک اسپار یا دو اسپار) می توان محل بهینه را استنتاج نمود. از این روش می توان برای طراحی و جانمایی اجزاء انواع سازه های هوافضایی استفاده کرد.

کلیدواژه ها:

بهینه سازی توپولوژی ، پره توربین باد ، جانمایی اسپار ، حل عددی