مطالعه عددی جریان دنباله و بارهای آیرودینامیکی توربین بادی محور افقی تحت شرایط باد شدید

در مزارع بادی، بخش قابل توجهی از بارهای دینامیکی سازه ای وارد بر توربین های بادی ناشی از اثرات جریان دنباله توربین های بالادست است. علاوه بر این، عملکرد توربین ها تحت شرایط عملیاتی شدید (EOG) یکی از عوامل اصلی کاهش عمر مفید آن ها به شمار می رود. در این پژوهش، شبیه سازی عددی جریان دنباله یک توربین بادی محور افقی تحت شرایط شدید عملیاتی، مطابق استاندارد IEC ۶۱۴۰۰-۱، با استفاده از مدل آشفتگی SST k-ω در چارچوب معادلات متوسط گیری شده رینولدز در حالت ناپایا (URANS) انجام شده است. نتایج این مطالعه با نتایج شبیه سازی عددی مبتنی بر روش شبیه سازی گردابه های جداشده (DES) موجود در مطالعات پیشین مقایسه شده اند. یافته ها نشان می دهد که مدل SST k-ω با صرف هزینه محاسباتی کمتر، قادر به پیش بینی مناسب ویژگی های میانگین جریان دنباله است، اما در بازتولید کامل ساختارهای گردابه ای با محدودیت مواجه بوده و عمدتا گردابه هایی با طول کوتاه تر را پیش بینی می کند. در مقابل، روش DES دقت بالاتری در پیش بینی بارگذاری آیرودینامیکی پره ها از خود نشان داده است. با این حال، هر دو روش مقدار افزایش نیروی محوری و گشتاور خمشی را در اثر رویداد EOG نسبت به شرایط پایدار، به ترتیب حدود ۳۰%–۲۵% و ۲۵% پیش بینی کرده اند.

کلیدواژه ها:

توربین بادی محور افقی ، جریان دنباله ، شبیه سازی عددی ، معادلات متوسط گیری شده رینولدز ، شرایط شدید عملیاتی