آموزش شبیه سازی جریان هوا حول توربین بادی محور افقی

آموزش شبیه سازی جریان هوا حول توربین بادی محور افقی


500,000 تومان

آخرین بروزرسانی : 28 دی, 1400

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی جریان هوا حول توربین بادی محور افقی در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.


تمامی محصولات شامل فایل های Geometry و Mesh بوده و آموزش محصولات به صورت یک جلسه آنلاین یک ساعته خواهد بود.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی جریان هوا حول توربین بادی محور افقی

مقدمه ­ای بر توربین باد

توربین­ های بادی ماشین­ هایی هستند که انرژی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می­کنند. ساختمان توربین­ ها از سه بخش اصلی شامل برج (که همه­ ی اجزاء روی آن سوار هستند)، رتور و پره­ ها یا تیغه­ های دوار متصل به آن و پوشش محافظ (شامل سیستم کنترل، گیربکس، ژنراتور و شفت­ها) تشکیل شده است. نحوه ­ی طراحی پره­ ها در توربین­های بادی به گونه ­ای می­باشد که با وزش باد به گردش درمی­آیند. گردش پره ­ها موجب چرخش رتور توربین شده و درنتیجه، گشتاور اعمالی به پره­ها به سرعت دورانی در جعبه دنده­ ی توربین می­شود؛ بدین ترتیب، انرژی مکانیکی توسط ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می­گردد. شکل 1 نمایی از ساختمان یک توربین باد را نمایش می­دهد.

شکل 1 : نمایی از ساختمان یک توربین بادی

 

توربین­ های بادی براساس محور چرخش به دو دسته­ ی کلی تقسیم می­شوند که شامل توربین­ های محورافقی (horizontal axis wind turbine) و توربین­ های محور­ عمودی (vertical axis wind turbine) می­باشد. توربین باد محور افقی دارای محور دورانی به صورت هم ­راستا با جهت جریان باد می­باشد؛ درحالی که توربین باد محور عمودی دارای محور دورانی به صورت عمود بر جهت جریان باد می­باشد. توربین­ های افقی قابلیت کار در ارتفاع­ های بالا با سرعت جریان بالای باد را دارند و به دلیل قرارگیری به­ طور مستقیم در معرض جهت جریان باد، دارای بازدهی بالاتری می­باشند؛ در حالی که توربین­ های عمودی قابلیت کار در ارتفاع­ های پایین را نیز دارند و حساسیتی به جهت قرارگیری در معرض جریان باد ندارند؛ اما دارای بازدهی پایین ­تری می­باشند، زیرا پره­ ها پس از چرخش به اندازه ­ی نیم دور، باید در نیم دور بعدی در خلاف جهت جریان باد قرار بگیرند. شکل 2 شماتیکی از توربین­ های افقی و عمودی را نمایش می­دهد.

 

شکل 2 : شماتیکی از توربین­ های باد افقی و عمودی

 

 

جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی آیرودینامیکی شامل نیروی درگ و نیروی لیفت وارد می­کند که نیروی درگ در جهت جریان بر سطح وارد می­شود؛ درحالی که نیروی لیفت عمود بر جریان باد بر سطح اعمال می­گردد. عامل اصلی چرخش پره­ های توربین­ های بادی وجود یکی از این دو نیرو یا اعمال هر دو نیرو می­باشد. سطح مقطع پره­ ها در توربین به شکل ایرفویل می­باشد؛ زیرا ساختار ایرفویلی شکل موجب اختلاف سرعت جریان باد در سطوح بالا و پایین پره و درنتیجه ایجاد اختلاف فشار در آنها می­ گردد که این امر موجب به گردش درآمدن پره­ ها می­شود. شکل 3 شماتیکی از سطح مقطع یک پره را به صورت یک ایرفویل نشان می­دهد. همچنین محور ایرفویل، زاویه ­ی حمله، لبه­ ی حمله و لبه­ ی فرار در شکل مشخص می­باشد.

شکل 3 : شماتیکی از نیروهای درگ و لیفت حول مقطع پره­ ی توربین

 

 

شرح مسأله

مسأله ­ی حاضر به بررسی جریان هوا بر روی پره­ های توربین پرداخته است؛ به طوری که هدف از مسأله، بررسی توزیع سرعت و فشار بر روی سطح پره ­ها و بر روی بدنه­ ی آنها می­باشد. سه ناحیه در اطراف پره­ ها مخصوص جریان هوا در نظر گرفته شده است. یک ناحیه در اطراف پره­ ها، یک ناحیه در فضای جلوی پره ­ها و یک ناحیه در فضای پشت پره ­ها در نظر گرفته شده است. جریان هوا در فضای جلو و پشت پره ­ها به صورت عادی رفتار می­کند؛ در حالی که در ناحیه­ ی اطراف پره ­ها، جریان پرخشی تحت تأثیر حرکت دورانی پره­ها ایجاد می­گردد.

برای شبیه­ سازی مسأله­ ی حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است:

  • شبیه ­سازی مسأله از نظر زمانی به صورت پایا (steady) صورت گرفته است؛ زیرا توربین باد حاضر از نوع افقی می­باشد و درنتیجه اثر زمانی بر روی نیروهای درگ و لیفت لحاظ نشده است.
  • برای شبیه­ سازی از حلگر pressure-based استفاده شده است.
  • اثر گرانش زمین بر روی جریان سیال لحاظ نشده است؛ زیرا سیال موجود در شبیه­ سازی هوا می­باشد.

 

گام 1) ترسیم هندسه و شبکه ­بندی

مدل حاضر به صورت سه بعدی در نرم ­افزار solidworks طراحی شده است و به نرم ­افزار design modeler انتقال یافته است. توربین حاضر دارای سه پره، یک محور دورانی و ناحیه­ی مربوط به فضای دور پره­ ها می­باشد. شکل 4 نمایی از هندسه­ ی ترسیمی را نشان می­دهد.

شکل 4 : نمایی از هندسه­ ی ترسیمی

 

شبکه ­بندی مدل توسط نرم­افزار ansys meshing انجام گرفته است؛ به صورتی که شبکه­ ی حاضر از نوع بدون سازمان و به صورت مثلثی بوده و دارای 4270222 سلول می­باشد. شکل­ 5 نمایی از شبکه­ بندی انجام گرفته را نشان می­دهد.

شکل 5 : نمایی از شبکه­ بندی

 

گام 2) مراحل شبیه­ سازی

خلاصه­ ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول 1 آمده است :

جدول 1 : خلاصه مراحل شبیه­ سازی و فرایند حل

 

 

مدل آشفتگی k-omega SST : از آنجایی که شبیه ­سازی حاضر مربوط به جریان خارجی می­باشد، از مدل k-omega استفاده شده است. این مدل از k-omega به صورت یک تابع ترکیبی عمل میکند؛ به طوری که موجب انتقال تدریجی جریان از مدل k-omega در نواحی نزدیک دیواره، به مدل k-epsilone در نواحی دورتر از لایه­ ی مرزی می­شود. این مدل برای جریان­های دارای گرادیان فشار معکوس و در شبیه­ سازی­ های مربوط به ایرفویل­ ها پرکاربرد می­باشد. از آنجایی که در مدل k-omega تابع دیواره تعریف نمی­شود، لذا باید در نواحی نزدیک دیواره­ های ایرفویل، از شبکه ­های ریزتر استفاده گردد. البته در این مدل آشفتگی، به دلیل انتقال از یک مدل به مدل دیگر، احتمال واگرایی افزایش می­یابد.

استفاده از تکنیک frame motion : هدف از شبیه­ سازی حاضر، اثر جریان باد بر روی پره­ های توربین و محاسبه­ ی نیروهای درگ و لیفت وارد بر سطوح پره­ ها می­باشد. در این مسأله، پره­ های توربین با سرعت دورانی 72 rad.s-1 حول محور افقی خود می­چرخد و هوای موجود در ناحیه ­ی اطراف پره ­ها ساکن می­باشد. حال با استفاده از روش مذکور، می­توان پره ­ها را به صورت ثابت فرض کرد و جریان باد اطراف پره­ ها را به صورت ناحیه­ی در حال چرخش با همان سرعت دورانی 72 rad.s-1 حول محور y فرض کرد. همچنین، از آنجایی که شبیه­ سازی به صورت پایا می­باشد، گزینه­ی mesh motion غیرفعال است؛ زیرا این گزینه برای زمانی کاربرد دارد که اثر زمانی باید بر روی حل مسأله اعمال گردد و هدف مسأله، تعریف سرعت دورانی برای پره ­های توربین باشد.

 

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی جریان هوا حول توربین بادی محور افقی”