استاد راهنما :
 دکتر سعید رسولی
 
استاد مشاور :
 دکتر بابک مهماندوست
 تابستان 1393
 

 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این پایان نامه تحلیلی تجربی به همراه شبیه سازی عددی جهت بررسی عملکرد توربین بادی محورقائم ساونیوس  به انجام شده است.  جهت انجام آزمایشات توربین ساخته شده در تونل باد مادون صوت تحت آزمایش قرار گرفت. به منظور بررسی دقت آرمایشات هر آزمایش در هر سرعت باد سه مرتبه تکرار شد که نتایج انطباق خوبی با هم داشتند. شبیه­سازی عددی به کمک نرم­افزار Fluent 6.3 با بهره گرفتن از مدل k-ω SST و با بهره گرفتن از روش محورهای مختصات مرجع چندگانه  (MRF)انجام شده است. گشتاور، ضریب توان، توزیع تنش و فشار بر روی پره های توربین مورد مطالعه قرار گرفته اند. جهت بررسی صحت و دقت نتایج عددی حاصل شده از اصول دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، مقایسه با نتایج آزمایشگاهی تونل باد استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که نتایج عددی و تجربی دارای مطابقت خوبی هستند و در بیشترین میزان خطا در نقطه ی بیشینه ضریب توان 6درصد خطا بین نتایج ما وجود دارد. نتایچ عددی نشان داد که فشار استاتیک و تنش برشی با افزایش سرعت زاویه ای و همچنین سرعت باد افزایش می یابند.

واژگان کلیدی: انرژی بادی، توربین بادی محور قائم ساونیوس، دینامیک سیالات محاسباتی ، گشتاور، ضریب توان.

 

 

 

 

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                                                                                                                                                          شماره صفحه

جدول 3-1- مشخصات و ابعاد اجزای تشکیل دهنده توربین ساونیوس                                              54

جدول 5‑1 مقدار ثوابت معادلاتِ لزجت گردابه­ای، k و ε                                                                    86  

جدول 5-2 ضریب توان در  شبکه بندی های مختلف                                     91

جدول 5-3 مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی ضریب توان درسرعت باد  m/s 5.5                                93

جدول 5-4 مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی ضریب توان درسرعت باد  m/s 7.5                                93

 

 

 

 

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                    شماره صفحه

شکل 1-1 نمونه ای از آسیاب های بادی قدیمی                                                 16

شکل 1-2 آنمومترجهت اندازه گیری سرعت باد                                                                                             18

شکل 1-3 میزان ظرفیت بادی نصب شده از سال 1996 تا سال 2012 در جهان                               28

شکل 1-4 پیش بینی ظرفیت نصب شده تا سال 2017 به تفکیک قاره های مختلف                            29                        شکل 2-1 نیروهای وارد بر پره توربین بادی                                            33

شکل 2-2-الف تصویر یک توربین محور قائم برا                             35

شکل 2-2-ب تصویر یک توربین محور افقی برا                               35

شکل 2-3  نمونه ای ازتوربین بادی محور قائم و افقی                      39

شکل 2-4  اجزاءتوربین بادی محور افقی                                             44

شکل 2-5  شماتیک یک توربین بادی ساونیوس و مکانیزم عملکرد                                                                 47

شکل 2-6  مشخصه های عملکردی یک توربین بادی ساونیوس                                                                      49

شکل 2-7  توربین کلاسیک داریوس از نوع تخم مرغی شکل                                                                      50

شکل 2-8 انواع روتورهای داریوس                                                                                                              50

شکل 2-9  شماتیک و مکانیزم عملکرد توربین H-روتور                                                                              51

شکل 3-1  شماتیک ساختمان روتور ساونیوس و عمل آن در مقابل باد                                                        55

شکل 3-2 بلبرینگ استفاده شده در توربین                                                                                                  55

شکل 3-3  سازه نگه‌دارنده و توربین ساونیوس ساخته شده                                                                        56

شکل 3-4 ابعاد و بخش های اصلی تونل باد مادون صوت استفاده شده                                                        57

شكل 3-5 تصویراز اینورتر تونل باد مادون صوت                                                                                      58

شكل 3-6 فن تونل باد مادون صوت استفاده شده                                                                                       58

شكل 3-7 نمودار تغییرات فشار دینامیک در عرض مقطع تست                                                                  59

شكل 3-8 نمودار تغییرات پروفیل سرعت باد در عرض مقطع تست                                                            59

شکل 3-9 به ترتیب از راست به چپ، بادسنج، دورسنج و گشتاورسنج استفاده شده در آزمایش                  61

شکل3-10 توربین ساونیوس مورد آزمایش در تونل باد                                                                             62

شکل 11-3 بررسی گشتاور توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد 5.5 متر بر ثانیه           64

شکل 12-3 بررسی ضریب توان توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد 5.5 متر بر ثانیه    64

شکل 13-3 بررسی گشتاور توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد  7.5 متر بر ثانیه         65

شکل 14-3 بررسی ضریب توان توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد 7.5 متر بر ثانیه    65

شکل 3-15- مقایسه ی نتایج تحقیق حاضر با مرجع (38)                                                                      66

شکل 4-1 دامنه محاسباتی                                                                                                                   70

شکل 4-2  نمای کل مش زنی در هندسه سنتی                                                                                   72

شکل4-3  سلول نمونه                                                                                                                        74

شکل 5-1 روند هم گرایی یکی از مدل‌ها در نرم افزار فلوئنت                                                             89

شکل 5-2 تغییرات فشار استاتیک روی دو طرف پره های توربین ساونیوس                                          95

شکل 5-3 توزیع تنش برشی  روی پره های روتور ساونیوس                                                               96

شکل 5-4 (الف) توزیع سرعت اطراف روتور ساونیوس                                                                      97

شکل 5-4 (ب) توزیع سرعت اطراف روتور ساونیوس                                                                       98

شکل 5- 4 (ج) توزیع سرعت اطراف روتور ساونیوس                                                                        99

 

 

فهرست علایم و نشانه‌ها

عنوان                                       علامت اختصاری

چگالی هوا                                              ρ

سرعت زاویه­ای چرخش روتور                                ω

ویسكوزیته (لزجت)                                       μ

لزجت گردابه­ای                                          tμ

نرخ پراكندگی انرژی جنبشی اغتشاش                         ε

توان خروجی                                             P

سرعت باد                                               V

ضریب توان                                              CP

نیروی لیفت (برا)                                       L

وتر ایرفویل                                            C

 

ضریب فشار                                                                                                                  Kp

تعداد پره‌های توربین                                                                                         Nb

نسبت سرعت نوک پره                                                                                                λ

ضریب توان توربین                                                                                                 Cp

دبی جرمی هوا(m/s)

قطر توربین(m)                                                                                                        D,d

تنش لزجی(N/m2)

ارتفاع توربین(m)                                                                                                    H

ضریب گشتاور                                           Cm

سرعت نسبی باد                                         Urel

جزء نیروی لیفت (برا)                                  dFL

جزء نیروی درگ (پسا)                                   dFD

جزء نیروی عمود بر صفحه چرخش روتور                    dFN

جزء نیروی موازی صفحه چرخش روتور                       dFT

ضریب لیفت (برا)                                        CL

ضریب درگ  (پسا)                                        CD

تنش                                                     τ

كرنش                                                   σ

سطح جاروب شده توربین] m2 [                              Ap

ضخامت                                                  Tp

جابجایی (تغییر طول)                                    u

نیرو                                                    f

فشار استاتیك                                           P

نیروهای خارجی وارد بر جسم                              F

دینامیک سیالات محاسباتی                               CFD

معادلات ناویر-استوکس                                    NS

معادلات ناویر-استوکس متوسط­گیری شده‌ی رینولدز          RANS

انرژی جنبشی اغتشاش                                      k

فریم مرجع متحرک                                      MRF

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

فصل اول 13

1-1 مقدمه 14

1-2 منشا باد 14

1-3 تاریخچة باد 15

1-4 توزیع سرعت باد 16

1-5 منابع بادی 17

1-6 تولید باد 18

1-7 ضریب ظرفیت 20

1-8 محدودیت‌های ادواری و نفوذ 21

1-9 پیش‌بینی پذیری 22

1-10 باد و محیط زیست 22

1-11 انتشار آلودگی 23

1-12 مزارع بادی 24

1-12-1 استفاده از زمین 24

1-13 برق بادی در مقیاس‌های کوچک 25

1-14 پتانسیل انرژی بادی در محیط های شهری 26

1-15 وضعیت برق بادی در جهان 27

1-16 مساله مورد بحث در پایان نامه ، اهداف و نحوه انجام تحقیق 29

فصل دوم 31

2-1 مقدمه 32

2-2  آیرودینامیک توربین و کمیت های تاثیرگذار در عملکرد آن 32

2-2-1 نیروی برا 32

2-2-2 نیروی پسا 33

2-2-3 عدد رینولدز 36

2-2-4 صلبیت توربین 36

2-2-5 ضریب سرعت نوک پره 36

2-2-6  بازدهی و توان توربینهای بادی 37

2-3 انواع توربینهای بادی 38

2-3-1 توربینهای محور افقی 39

2-3-2 توربینهای محور قائم 44

3-1  مقدمه 53

3-2  ساخت توربین 53

3-2-1 ساخت توربین ساونیوس 54

3-3  آزمایش توربین در تونل باد 57

3-4 نحوه ی قرار گیری توربین در تونل جهت آزمایش 62

3-5- نتایج آزمایش 63

فصل چهارم 67

4-1 مقدمه 68

4-2  پیش پردازنده 69

4-3  مدل ریاضیاتی 69

4-4 تولید سلولهای محاسباتی 70

4-5 وضوح مش 73

4-6-  کیفیت مش 74

4-7 صافی یا همواری سلول ها 75

فصل پنجم 76

5-1 مقدمه 77

. 77

5-2 شرایط مرزی در نرم افزار فلوئنت 77

5-2-1 جریان خروجی و ورودی 78

5-2-2 شرط مرزی دیوار 79

5-2-3 شرط سیال 79

5-2-4  شرایط مرزی به کار گرفته شده 79

5-3 معادلات حرکت 80

5-5 مدلسازی جریانهای آشفته 81

5-6 معادلات ناویراستوكس متوسطگیری شدۀ رینولدز(RANS) 82

5-7 مدل  k–εاستاندارد 85

5-8 مدل k–ω SST 87

5-9 ناحیهی محاسباتی و شرایط مرزی 87

5-10 همگرایی حل 88

5-11انتخاب روش های حل 89

5-12  محاسبه توان 90

5-13 نتایج عددی 91

5-13-1 بررسی استقلال از شبکه 91

5-13-2 مقایسه نتایج عددی با آزمایشگاهی 92

5-13-3 توزیع فشار 93

5-13-4  توزیع تنش برشی 94

5-13-5 کانتورهای سرعت 97