فهرست:
چکیده ........................................................................................................................................ ط
مقدمه .......................................................................................................................................... ی
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه ............................................................................................................................... 1
1-2- انرژی تجدید پذیر ............................................................................................................ 2
1-3- ویژگی انرژی تجدیدپذیر ................................................................................................. 4
1-4- انواع منابع انرژی تجدیدپذیر ............................................................................................ 5
1-4-1- انرژی خورشیدی .................................................................................................... 5
1-4-2- انرژی زمین گرمایی ................................................................................................ 6
1-4-3- فن آوری هیدروژن، پیل سوختی و زیست توده ....................................................... 8
1-4-4- انرژی باد ................................................................................................................ 9
1-5- تاریخچه انرژی باد .............................................................................................................. 13
1-6- انواع توربین بادی ................................................................................................................ 16
1-6-1- توربین محور عمودی .............................................................................................. 16
1-6-1-1- مزایای توربین های محور عمودی .................................................................. 17
1-6-1-2- معایب توربین های محور عمودی .................................................................. 17
1-6-2- توربین محور افقی ................................................................................................... 17
1-6-2-1- مزایای توربین های محور افقی ....................................................................... 18
1-6-2-2- معایب توربین های محور افقی ....................................................................... 18
1-7- مروری بر تحقیقات انجام شده ............................................................................................. 21
1-8- روش تحقیق در این پایان نامه .............................................................................................. 32
1-9- مروری اجمالی بر فصلهای پایان نامه .................................................................................... 33
فصل دوم: معرفی پارامترهای آنالیز FSI
2-1- مقدمه ............................................................................................................................... 34
2-2- معرفی پارامترهای موثر بر نتایج آزمایشگاهی ..................................................................... 35
2-2-1- گشتاور استاتیکی .................................................................................................... 38
2-2-2- زاویه فاز ................................................................................................................. 39
2-2-3- نسبت هم پوشانی پره ها .......................................................................................... 40
2-2-4- گشتاور دینامیکی(ضریب قدرت) ........................................................................... 42
2-3- تئوری بتز ......................................................................................................................... 44
2-4- تئوری گلائورت .............................................................................................................. 50
2-4-1- طراحی مفهومی آیرودینامیکی پره توربین بادی ....................................................... 50
2-4-1-1- نحوه تعیین قطر روتور و تعیین تعداد پره ها و سطح هر پره .......................... 50
2-4-1-2- معرفی تئوری گلائورت جهت طراحی آیرودینامیکی پره توربین بادی ............ 50
2-4-1-2-1- محاسبه نیروی رانش محوری و گشتاور ................................................ 50
2-4-1-2-2- محاسبات ضریب قدرت ...................................................................... 52
2-4-1-2-3- تعیین مقادیر زاویه ای سرعت نسبی و ضریب شکل بهینه .... 52
2-4-1-2-4- تعیین ضریب قدرت ............................................................................. 52
2-4-1-2-5- اثر تعداد پره ها .................................................................................... 53
2-4-1-2-6- نحوه عملی طراحی آیرودینامیکی پره توربین باد و تعیین وتر و زاویه پره 53
2-4-2- طراحی مفهومی سازه ای پره های توربین بادی .................................................. 54
2-4-2-1- تنش های ناشی از تندباد ضمن عملکرد عادی .......................................... 54
2-4-2-2- تنش های ناشی از نیروهای گریز از مرکز در عملکرد عادی ..................... 55
2-4-2-3- تنش ناشی از اثرات ژیروسکوپی ............................................................. 55
2-4-2-4- تنش کل وارد بر پره ................................................................................ 55
2-4-2-5- انتخاب جنس پره .................................................................................... 56
2-4-3- محاسبه دقیق هندسی برای سطح پره توربین های بادی محور افقی ...................... 56
2-4-2-1- هدف ...................................................................................................... 56
2-4-2-2- پارامترهای اصلی برای تعیین هندسه پره .................................................... 56
2-4-2-3- تعیین مختصات فضایی نقاط بر روی سطح پره .......................................... 57
فصل سوم: شبیه سازی فرایند برهمکنش باد بر پره های توربین
3-1- مقدمه ............................................................................................................................... 58
3-2- معرفی پارامترهای مهم انتخاب شده در فرایند شبیه سازی ............ .. ................................... 61
3-2-1- پارامتر معادله گاز ایده آل Ideal Gas Equation State ................................... 61
3-2-2- پارامتر انتگرال گیری با تعداد نقاط گوس کاهش یافته ............................................. 62
3-3- روند دستیابی به شبیه سازی نهایی مدل توربین ساوونیوس (مطابق مقاله اصلی) ............................... 63
3-3-1- محیط ایجاد قطعه ...................................................................................... 64
3-3-2- محیط تعریف خصوصیات مواد .......................................................... 64
3-3-3- محیط تعریف تعداد مراحل و نوع حل مساله ............................................... 64
3-3-4- محیط تعریف نوع تماس اجزا با هم ................................................ 64
3-3-5- محیط بارگذاری و اعمال شرایط مرزی .................................................... 65
3-3-6- محیط شبکه بندی اجزا ........................................................................ 65
3-4- شبیه سازی توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی صفر .................................... 66
3-4-1- مدلسازی سه بعدی توربین و تونل باد در محیط .......................................... 66
3-4-2- تعریف خصوصیات روتور و حجم کنترل سیالاتی در محیط ................ 66
3-4-3- مونتاژ اجزای مساله در محیط ........................................................... 67
3-4-4- تعریف تعداد مرحله و نوع حل مساله درمحیط ............................................. 69
3-4-5- تعریف نوع تماس سطوح اجزاء با هم در محیط ............................. 70
3-4-6- تعریف سرعت باد و شرایط مرزی تونل باد در محیط ................................. 70
3-4-7- شبکه بندی مدل در محیط .......................................................................... 74
3-4-8- حل مساله در محیط ..................................................................................... 74
3-5- شبیه سازی سایر توربین ها ............................................................................................... 75
فصل چهارم: ارئه نتایج و بحث و بررسی آن
4-1- مقدمه ................................................................................................................................. 78
4-2- بررسی نمودارهای تحلیل FSI ............................................................................................ 79
4-2-1- تغییرات گشتاوراستاتیکی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ................... 79
4-2-2- تغییرات گشتاور استاتیکی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان .................... 80
4-2-3- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان .............. 81
4-2-4- تغییرات انرژی جنبشی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ...................... 82
4-2-5- تغییرات نیروهای تکیه گاهی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ............. 83
4-2-6- تغییرات نیروهای تکیه گاهی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی متفاوت .............. 84
4-2-7- نمایش گرافیکی جریان سیال در بروخورد با توربین یک طبقه در تونل باد ................ 85
4-2-8- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین دو طبقه با زاویه فازهای متفاوت .................... 87
4-2-9- نمایش گرافیکی لحظه برخورد سیال با پره توربین دو طبقه ....................................... 88
4-2-10- تغییرات بردار سرعت در هنگام شروع دوران توربین یک طبقه ............................... 89
4-2-11- تغییرات بردار سرعت در هنگام شروع دوران توربین دو طبقه .................................. 91
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- مقدمه ................................................................................................................................. 93
5-2- نتیجه گیری ......................................................................................................................... 93
5-3- پیشنهادات ........................................................................................................................... 96
فهرست مراجع ......................................................................................................................... 98
چکیده انگلیسی
منبع:
محمدرضا میرقائد، "بهینه سازی فنی- اقتصادی توربین های بادی قابل نصب در کشور بر اساس شاخص های طراحی"، دانشکده مهندسی انرژی، دانشگاه صنعتی شریف، شهریور 1391، صفحه 1-2
محمد عامری، حسن خیری، محمود شاهمرادی، "طراحی توربین های بادی". پایان نامه کارشناسی مهندسی مکانیک نیروگاه، دانشکده صنعت آب و برق، 1377
D’Ambrosio, M. and M. Medaglia, "Vertical Axis Wind Turbines: History, Technology and Applications". Master thesis in Energy Engineering, Hogskolan Halmstad, 2010, pp 7-9
Coton, F.N., Galbraith R.A.M., and Jiang D, "The influence of detailed blade design on the aerodynamic performance of straight-bladed vertical axis wind turbines". Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part a-Journal of Power and Energy, 1996. 2010(1): p. 65-74.
J. Kumbernuss, J. Chen, H.X. Yang, L.Lu, "Investigation into the relationship of the overlap ratio and shift angle of double stage three bladed vertical axis wind turbine (VAWT)", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamic,2011.
Hwang, I.S., et al., "Efficiency improvement of a new vertical axis wind turbine by individual active control of blade motion" - art. No. 617311, in Smart Structures and Materials 2006: Smart Structures and Integrated Systems, Y. Matsuzaki, Editor. 2006. p. 17311-17311.
Naoi K., Shiono M., and Suzuki K. , "A wind power generation system uses the vertical axis wind turbine with arc camber blades", in Proceedings of the Sixteenth, J.S.H.S.W.M.P.W.K.T.K.W. Chung, and Editor. 2006. p. 369-374.
Brown, K.A. and Brooks R., "Design and analysis of vertical axis thermoplastic composite wind turbine blade". Plastics Rubber and Composites, 2010. 39(3-5): p. 111-121.
Dr.-Ing, "Design Optimization of Savonius and Wells Turbines", otto von Guericke Universtat Magdeburg, 2011.
http://fa.wikipedia.org
http://www.erib.ir
http//:www.wikipg.com