دانلود پایان نامه

شکل 2-9- نتایج ضریب قدرت توربین برای 3 نوع توربین در سرعت باد ]5[
شکل 2-10- نتایج ضریب قدرت توربین برای 3 نوع توربین در سرعت باد ]5[
شکل 2-11- نتایج ضریب قدرت توربین برای 3 نوع توربین در سرعت باد ]5[
همانطور که در نمودارهای فوق بررسی کردیم، عملکرد توربین ساوونیوس با محور عمودی به مقدار نسبت هم پوشانی بسیار بستگی دارد. همچنین تغییر زاویه فاز نیز بر عملکرد توربین براساس سرعت باد تاثیر می گذارد که بررسی گردید که مقدار زاویه فاز بزرگتر در سرعت باد کمتر تاثیر بهتری دارد و در زاویه فاز یکسان در سرعت باد بالاتر، توربین عملکرد بهتری از خود نشان می دهد]5 .[
جهت تشریح حرکت جریان هوا، تئوری ساده میزان گشتاور استاتیکی توسط بتز ماکزیمم مقدار ضریب قدرت 0.593 را در نظر گرفته است و مستقل از نسبت سرعت نوک پره می باشد. با توجه به گشتاور زاویه ای، ضریب قدرت تابع نسبت سرعت نوک پره می باشد. این در حالی است که ضریب قدرت در مقدار نسبت سرعت نوک پره، بینهایت به سمت مقدار ایده آل بتز میل می کند.
2-3- تئوری بتز
هدف اصلی توربین بادی تبدیل انرژی باد به انرژی الکتریسیته می باشد. استخراج انرژی مکانیکی از انرژی باد به کمک یک صفحه دیسک شکل به شرح ذیل می باشد که البته اعتبار این قوانین به احترام آلبرت بتز، قوانین بتز نامیده شده است.
درسال 1922 الی 1925 میلادی، بتز نوشته ای منتشرو در آن بیان کرد که او قادر است به کمک قوانین ابتدایی فیزیک، انرژی مکانیکی حاصل از برخود جریان هوا به پره های یک توربین را محاسبه کند. علاوه براین، او بیان کرد که استخراج قدرت بهینه به نسبت سرعت سیال قبل از توربین به سرعت سیال بعد از آن بستگی دارد. اگرچه در تئوری حرکت بتز جهت ساده سازی معادلات، فرض بر آن است که در یک توربین، اصطکاک بین سیال و پره های توربین ناچیز می باشد اما همان معادلات هنوز به عنوان معادلات بنیادین مورد استفاده قرار می گیرد.
در ذیل معادلات ریاضی بتز که بر اساس معادلات بنیادین فیزیک است ارائه شده است.
انرژی جنشی هوا به جرم که با سرعت در حال وزیدن است به صورت ذیل بدست می آید:
(2-9)
با توجه به سطح مقطع مشخص که در آن جریان سیال با سرعت در حال گذر است، نرخ جریان حجمی در واحد زمان به صورت ذیل می باشد:
(2-10)
همچنین ، نرخ دبی جرمی با چگالی سیال هوا نسبت مستقیم دارد.
(2-11)
این معادلات، بیانگر انرژی جنبشی سیال در حال حرکت و جریان جرم و عملکرد مقدار عبور انرژی از طریق سطح مقطع در واحد زمان می باشد. این انرژی از لحاظ فیزیکی به قدرت بستگی دارد:
(2-12)
سوال این است که چه میزان انرژی مکانیکی را می توان به کمک یک توربین از جریان آزاد استخراج کرد؟ همانطور که انرژی مکانیکی را تنها از انرژی جنبشی داخل سیال در جریان می توان استخراج کرد به این معنا که در جریان با دبی ثابت، سرعت سیال بعد از توربین باید کمتر از سرعت اولیه سیال قبل از توربین باشد، کاهش سرعت به این دلیل است که با وجود دبی ثابت،سطح مقطع افزایش می یابد. به این ترتیب لازم است شرایط سیال قبل و بعد از توربین مورد ارزیابی قرار گیرد.(شکل 2-12)
شکل 2-12- شرایط سیال در سطح مقطع مشخص با دبی ثابت بر اساس تئوری ابتدایی حرکت ]10[
در اینجا سرعت جریان آزاد سیال قبل از رسیدن به توربین می باشد و سرعت سیال بعد از عبور از توربین می باشد. صرفنظر از هر گونه تلفات، انرژی مکانیکی ناشی از برخورد سیال با پره های توربین از اختلاف فشار قبل و بعد از توربین بدست می آید.
(2-13)