بررسی عددی توربین بادی داریوس در مجاورت بزرگراه یک طرفه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• صادق تودرباری ¹
• محمد جواد مغربی ²

¹ دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

² دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد.

10.22067/jacsm.2021.56298.0

چکیده

استفاده از انرژی­های تجدید پذیر مانند انرژی­های بادی و خورشیدی به یکی از موضوعات مهم و پرتکرار در میان محققان تبدیل شده است. از اینرو تحقیقات فراوانی بر روی بهینه سازی وسایلی از جمله توربین­های بادی و استفاده از آن­ها در مناطقی که پتانسیل بهره برداری از انرژی­های تجدیدپذیر را دارند انجام شده است. در این مطالعه به امکان سنجی قرار گیری توربین بادی داریوس چهار پره در بزرگراه یک طرفه پرداخته شده است. این شبیه سازی با کمک مدل سازی دو بعدی و گذرا در نرم افزار تجاری فلوئنت انجام شده . همچنین برای حل میدان جریان از روش دینامیک سیالات محاسباتی و با بهره گیری از مدل آشفتگی k-ω SST استفاده است. در اعتبار سنجی انجام شده شبیه سازی حاضر توانست مطابقت قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی داشته باشد. در این پژوهش عملکرد توربین در سرعت­های زاویه­ای مختلف مورد بررسی قرار گرفت که با توجه به نتایج حاصله حداکثر ضریب توان حاصله برابر 00299/0 در سرعت زاویه­ای 40 رادیان بر ثانیه اتفاق افتاده است و مقدار توان متناظر تولیدی در حدود 81/61 وات می­باشد.

کلیدواژه‌ها

• انرژی باد
• توربین بادی داریوس
• دینامیک سیال محاسباتی
• بزرگراه یک‌طرفه

---

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Darrieus Wind Turbine near a One-way Highway

نویسندگان [English]

• Sadegh toudarbari ¹
• Mohamad Javad Maghrebi ²

¹ Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad.

² Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad.

چکیده [English]

Using renewable energies including wind and solar have become an important subject among investigators. Therefore, numerous studies have been performed to optimize wind turbines at the vicinity of areas which are capable of producing renewable energy. In this research, the feasibility of using  four-bladed Darrieus wind turbine on a one-way highway has been studied numerically. The Fluent commercial software is used  in the simulation conducted. The results of simulation indicate a good agreement with the experimental data. In this research, the turbine performance has been evaluated at different tip speed ratios and according to the results, the maximum power coefficient at the tip speed ratio of 0.644 is 0.00299 with a corresponding power output of 61.81 watt.

کلیدواژه‌ها [English]

• Wind Energy
• Darrieus Wind Turbine
• CFD
• One-way Highway

مراجع

1.    GWEC. Global Wind Energy Council (GWEC), https://gwec.net/wp-content/ uploads/ vip/ GWEC_PRstats2017_EN-003_FINAL.pdf, (2017).

2.    Pearson, C., "Vertical axis wind turbine acoustics", Doctoral dissertation, University of Cambridge, (2014).

3.    Council, G. W. E., Global Wind Report 2017-Annual Market Update. (2017).

 https://gwec.net/wp-content/uploads/vip/GWEC_PRstats2017_EN-003_FINAL.pdf

4.    Baniassadi, A., Shirinbakhsh, M., and Torabi, F., "Multivariate optimization of off-grid wind turbines with variable demand-Case study of a remote commercial building", Renewable energy, Vol. 101, pp. 1021-1029, (2017).

5.    Wahab, A., Abas, M., and Saad, N., "Ac Voltage Stabilizer For Wind Powered Application In Malaysia", in International Symp. & Exhibition on Sustainable Energy & Environ, (ISESEE 2006), ,(2006).

6.    Saad, M. M. M., and Asmuin, N., "Comparison of horizontal axis wind turbines and vertical axis wind turbines", IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN), Vol. 4(08), pp. 27-30, (2014).

7.    Saeidi, D., et al., "Aerodynamic design and economical evaluation of site specific small vertical axis wind turbines", Applied energy, Vol. 101, pp. 765-775, (2013).

8.    Kenjereš, S., de Wildt, S., and Busking, T., "Capturing transient effects in turbulent flows over complex urban areas with passive pollutants", International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 51, pp. 120-137, (2015).

9.    Tjiu, W., et al., "Darrieus vertical axis wind turbine for power generation I: Assessment of Darrieus VAWT configurations", Renewable Energy, Vol. 75, pp. 50-67, (2015).

10.  Paraschivoiu, I., "Wind turbine design: with emphasis on Darrieus concept", Presses inter Polytechnique, (2002).

11.  Seifert, H., Westerhellweg, A., and Kröning, J., "Risk analysis of ice throw from wind turbines", Boreas, Vol. 6(9), pp. 2006-01, (2003).

12.  Rossetti, A., and Pavesi, G., "Comparison of different numerical approaches to the study of the H-Darrieus turbines start-up", Renewable Energy, Vol. 50, pp. 7-19, (2013).

13.  Mohamed, M. H., Dessoky, A., and Alqurashi, F., "Blade shape effect on the behavior of the H-rotor Darrieus wind turbine", Performance Investigation and Force Analysis, Energy, (2019).

14.  Hosseini, A., and Goudarzi, N., "Design and CFD study of a hybrid vertical-axis wind turbine by employing a combined Bach-type and H-Darrieus rotor systems", Energy Conversion and Management, Vol. 189, pp. 49-59, (2019).

15.   ساغری‌چی، امیر و مغربی، محمدجواد و عرب گلارچه، علیرضا، "بررسی جریان و ضریب گشتاور توربین بادی داریوس برحسب تغییرات زاویۀ گام و نسبت سرعت نوک پره"، https://civilica.com/doc/791618، (1395).

16.   ساغری‌چی، امیر و مغربی، محمدجواد و عرب گلارچه، علیرضا، "بررسی عددی تأثیر زاویۀ گام‌های ثابت و متغیر پره بر واماندگی دینامیکی جریان حول پرۀ توربین بادی داریوس"، https://civilica.com/doc/911971، (1395).

17.  Zhou, H., et al., "Harvesting wind energy in low-rise residential buildings: Design and optimization of building forms", Journal of Cleaner Production, Vol. 167, pp. 306-316, (2017).

18.  Belmili, H., et al., "Study, design and manufacturing of hybrid vertical axis Savonius wind turbine for urban architecture", Energy Procedia, Vol. 136, pp. 330-335, (2017).

19.  Bethi, R.V., et al., "Modified Savonius wind turbine for harvesting wind energy from trains moving in tunnels", Renewable Energy, Vol. 135, pp. 1056-1063, (2019).

20.  Saqr, K. M., and Musa, M. N., "A perspective of the Malaysian highway energy consumption and future power supply", Energy Policy, Vol. 39(6), pp. 3873-3877, (2011).

21.  Musa, N., Osman, K., and Hamat, A. M. A., "Renewable Energy from Induced Airflow Generated by Cruising Ground Vehicles in Tandem using RANS", Energy Procedia, Vol. 14, pp. 1877-1882, (2012).

22.  Santhakumar, S., Palanivel, I., and Venkatasubramanian, K., "A study on the rotational behaviour of a Savonius Wind turbine in low rise highways during different monsoons", Energy for Sustainable Development, Vol. 40, pp. 1-10, (2017).

23.  Tian, W., et al., "Numerical study of energy recovery from the wakes of moving vehicles on highways by using a vertical axis wind turbine", Energy, Vol. 141, pp. 715-728, (2017).

24.  Tian, W., Song, B., and Mao, Z., "Numerical investigation of wind turbines and turbine arrays on highways", Renewable Energy, Vol. 147, pp. 384-398, (2020).

25.  Tian, W., Mao, Z., and Li, Y., "Numerical Simulations of a VAWT in the Wake of a Moving Car", Energies, Vol. 10(4), pp. 478, (2017).

26.  Kaewbumrung, M., Tangsopa, W., and Thongsri, J., "Investigation of the Trailing Edge Modification Effect on Compressor Blade Aerodynamics Using SST k-ω Turbulence Model", Aerospace, Vol. 6(4), pp. 48, (2019).

27.  Raciti Castelli, M., Englaro, A., and Benini, E., "The Darrieus wind turbine: Proposal for a new performance prediction model based on CFD", Energy, Vol.36 (8), pp. 4919-4934, (2011).

28.  Sun, X., et al., "Aerodynamic performance and characteristic of vortex structures for Darrieus wind turbine", I. Numerical Method and Aerodynamic Performance. Journal of Renewable and Sustainable Energy, Vol. 6(4), pp. 043134, (2014).

29.  Hassan, G. E., Hassan, A., and Youssef, M. E., "Numerical investigation of medium range re numbers aerodynamics characteristics for naca0018 airfoil", CFD letters, Vol. 6(4), pp. 175-187, (2015).

30.  Wafula, D., et al., "A numerical analysis of unsteady inflow wind for site specific vertical axis wind turbine", Rew Energy, Vol. 76, pp. 648-661, (2015).