مروری تحلیلی بر کاربرد پره های تطبیق پذیر هوشمند در بهبود عملکرد توربین های بادی تحت جریان متلاطم

با توجه به رشد روزافزون نیاز به انرژی های تجدیدپذیر و محدودیت منابع سوخت های فسیلی، بهینه سازی عملکرد توربین های بادی به ویژه در شرایط جریان متلاطم به یکی از محورهای اصلی پژوهش در مهندسی انرژی تبدیل شده است. امروزه پره های تطبیق پذیر هوشمند Morphing Smart Blades به عنوان راهکاری نوین برای افزایش راندمان آیرودینامیکی و کاهش بارهای دینامیکی مورد توجه قرار گرفته اند. با این حال، هنوز یک جمع بندی سیستماتیک از عملکرد این فناوری در شرایط جریان متلاطم ارائه نشده و اغلب مطالعات به صورت پراکنده و مبتنی بر شبیه سازی های محدود انجام شده اند. در این پژوهش یک مرور تحلیلی سیستماتیک بر مطالعات مرتبط با پره های تطبیق پذیر هوشمند در توربین های بادی انجام شد. بدین منظور ۴۳ مقاله علمی منتشر شده بین سال های ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۵ از پایگاه های داده IEEE Xplore، ScienceDirect، Scopus و SpringerLink استخراج و بررسی شد. معیارهای ورود شامل مطالعات مرتبط با پره های مورفینگ، مواد هوشمند، کنترل تطبیقی و تحلیل آیرودینامیکی توربین های بادی و معیارهای خروج شامل مقالات غیر مرتبط با کاربرد توربین بادی یا فاقد داده های عملکردی کمی بود. تحلیل داده ها به صورت کیفی، مقایسه ای و مبتنی بر شاخص های عملکردی نظیر ضریب توان (Cp)، بارهای خستگی و ارتعاشات سازه ای انجام گرفت. یافته های مطالعات مرور شده نشان می دهد که به کارگیری پره های تطبیق پذیر در شرایط جریان متلاطم در برخی پژوهش ها با افزایش ضریب توان در بازه ای حدود ۳ تا ۱۲ درصد همراه بوده است. همچنین در بسیاری از مطالعات گزارش شده است که این نوع پره ها می توانند موجب کاهش بارهای دینامیکی و سازه ای در حدود ۷ تا ۲۰ درصد شوند؛ به ویژه این اثر در شرایط با شدت آشفتگی بالا و رخدادهای جهشی سرعت باد (gusta events) برجسته تر گزارش شده است. نتایج مقایسه ای نشان می دهد که مکانیزم هایی مانند مورفینگ، موضعی تغییر انحنای ایرفویل و کنترل فعال زاویه حمله بیشترین نقش را در بهبود عملکرد داشته اند. علاوه بر این، پژوهش های مبتنی بر ترکیب روش های CFD و هوش مصنوعی، پایداری و دقت بالاتری نسبت به روش های صرفا عددی ارائه داده اند.

کلیدواژه ها:

توربین ، بادی ، پره تطبیق پذیر ، مرور سیستماتیک ، جریان متلاطم ، راندمان آیرودینامیکی ، مواد هوشمند