نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشگاه مهندسی فناوری های نوین قوچان

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی انرژی و فناوری های نوین تاسیسات، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

چکیده
هرچند که توربین داریوس نسبت به بقیه توربین‌های محور عمودی دارای بازده بالاتری است. اما گشتاور پایین این توربین ها در هنگام شروع به حرکت باعث می‌شود که این توربین ها شروع به حرکت خودکار نداشته باشند. در این مقاله به بررسی عددی و شبیه‌سازی دو بعدی یک توربین محور عمودی داریوس از نوع H روتور با شعاع 51.5 cm و با سه پره ایرفویلی شکل با مقطع NACA0021 در نرم افزار فلوئنت پرداخته شده است. از آنجا که توربین‌های از نوع ساوونیوس دارای گشتاور اولیه بالایی هستند در این تحقیق برای رفع مشکل راه اندازی، یک توربین ترکیبی داریوس-ساوونیوس طراحی شده است که در آن توربین ساوونیوس به صورت هم محور با توربین داریوس به آن متصل شده است. تجزیه و تحلیل نتایج نشان داد که استفاده از یک توربین ساوونیوس با قطر D=24 cm بدون همپوشانی پره‌‌ها، در سرعت‌های زاویه‌ای زیر 25rad/s باعث افزایش 50 درصدی گشتاور اولیه توربین ترکیبی نسبت به توربین داریوس شده است. در سرعت‌‌های زاویه‌ای بالاتر، حذف توربین ساوونیوس منجر به افزایش راندمان توربین خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Study of Darrieus-Savonius Wind Turbine in order to Improve Aerodynamic Performance of Darrieus Turbine

نویسندگان [English]

  • s.M Javadi 1
  • M Jalilimehr 2

چکیده [English]

Comparing various kind of vertical axis wind turbines, Darrieus has the highest efficiency; however, this sort of turbine has self-start problem owing to its low starting torque. In this paper, a 2D numerical model was employed to simulate an H-type Darrieus turbine with the radius of 51.5 cm and three blades of NACA0021 airfoil in FLUENT. Since the Savonius turbines have high starting torque, in this research, a combined Darrieus-Savonius turbine is designed in order to figure this problem out. The Savonius turbine is attached to the Darrieus turbine axis. Results showed that at angular velocities lower than 25 rad/s, using a Savonius rotor with 24 cm diameter, whitout overlap of blades, increases the starting torque of the combined Darrieus-Savonius turbine for 50%, in comparison with simple Darrieus turbine. At higher angular velocities, removing the Savonius turbine leads to a rise in the efficiency of the wind turbine.

کلیدواژه‌ها [English]

  • " Darrieus
  • Savonius turbine
  • Torque
  • Tip Speed Ratio"

[1]  Takamatsu Y, “Experimental Studies on a Preferable Blade Profile of Darrieus Type Crros-Flow Water Turbine”, JSME International Jornal, Vol.34, pp. 149-156, 1991.

[2]  Takenouchi.k, Furukava.A, “Self-Starting Characteristics of Ducted Darrieus Wind Turbine for Extra-Low Head Power”, In:Proc of Expo World Conf. on Wind Energy, Renewable Energy, Fuel Cell & Exhibition, Hamamatsu, pp. 1-4, Japan, 2005.

[3]  Dai Y.M, Gardiner N, Lam W. “CFD Modelling Strategy of a Straight-Bladed Vertcal Axis Marine Current Turbine”, Production of The International Offshore and Polar Engineering Conference, pp. 767-773, 2010.

[4]  Ponta.F, Duff G.S, “An Improved Vertical-Axis Water-Current Turbine Incorporating a Channeling Device, Renewable Energy”, Vol. 20, No. 2, pp 223-241, 2000.

[5]  Shiono, M., Suzuki, K., Kiho.S, “Output Characteristics of Darrieus Water Turbine with Helical Blades for Tidal Current Generation”, Proceedings of Twelfth International Offshore and Polar Engineering Conference, pp.859-864, Kitakyushu, Japan 2002.

[6]  DeCoste, McKay, “MECH 4010 Design Project,Vertical Axis Wind Turbine” , 2005.

[7]  Gupta. R, Das & K.K. Sharma, “Experimental Study of A Savonius-Darrieus Wind Machine”, Solar & Wind Technology, Vol.16, pp. 234-251, 2006.

[8]  Dominy, R., Lunt, P, Bickerdyke, A., Dominy, J., “Self-Starting Capability of a Darrieus Turbine”, Journal of Power and Energy, Vol.221, No.1, pp. 111-120, 2006.

[9]  Samaraweera K.K.M.N.P, Pathirathna K.A.B. De Silva H.E.D, Sugathapala A.G.T,” Development of Darrieus-Type Vertical Axis Wind Turbine For Stand-Alone Applications”, Vol.78, pp.251-257, 2010.

[10]   Batista1, R. Melicio1, J.C.O. Matias1, and J.P.S. Catalao1, “Self-Starting Performance Evaluation in Darrieus-Type Vertical Axis Wind Turbines: Methodology and Computational Tool Applied to Symmetrical Airfoils”, Vol.43, pp.61-66, 2010.

[11]   Ji Yaoa, Wanga, Yuanb, Wanga, Caoa”, Analysis on the Influence of Turbulence Model Changes to Aerodynamic Performance of Vertical Axis Wind Turbine”, Vol.65, pp.58-69, 2012.

[12]   Yaakob OB, Tawi KB, Sunanto DTS”, Computer Simulation Studies on the Effect of Overlap Ratio for Savonius-Type Vertical Axis Marine Current Turbine”, Internationl Journal of Engineering, Transactions A, Vol.23, No.1, pp.79-88, 2010.

[13]   Xiaonaji, Schluter, “Design and Analysis of Small-Scale Vertical Axis Wind Turbine, Renewable Power Generation” 2011.

[14]   Kyozoka Y, Akira H, Duan D, Urakata Y, “An Experimental Study on the Darrieus-Savonius Turbine for the Tidal Current Power Generation”, Proceeding on the International Offshore and Polar Engineering Conference, pp. 349-355, 2009.

[15]   Khan .H, “Model and Prototype Performance Characteristics of Savonius Rotor Wind Mill”, Wind Engineering, Vol. 2, No.2, pp. 75-85, 1978.

[16]   Testuya Kawamura, Tsutomu and Hayashi, Kazuko Miyashita,” Application of the Domain Decomposition Method to Flow Arround the Savonius Rotor”, 12th International Conference on Domain Decomposition Methods, Chiba, Japan, 1998.

[17]   Rahai H. R., Hafezi H, “Development of Optimom Design Configuration and Performance for Vertical Axis Wind Turbine”, Feasibility Analysis and Final EISG Report, California Energy Commision, 2005.

[18]   Medici. D., “Experimental Studies of Wind Turbine Wakes Power Optimisation and Meandering”, Chapter 2 and 3, P. 20, 2005.

[19]   ArabGolarche, A., Moghiman, M., Javadi MalAbad, S. M., Numerical simulation of Darrieus wind Turbine using 6DOF Model to Consider the Effect of Inertia and the Fluid-Solid
Interaction, Modares Mechanical Engineering, Vol.15, No.12, pp.143-152, 2015 (In Persian).

[20] Castelli, Englaro, Benini, “The Darroeus Wind Turbine: Proposal for a New Performance Prediction Model Based on CFD”, Vol.36, pp. 4919-4934, 2011.