دانلود پایان نامه

4-1- مقدمه
در این فصل، با ارائه نمودارهایی از تحلیل انجام شده توسط نرم افزار و بررسی میزان اختلاف آن با نتایج آزمایشگاهی، به اثبات نتایج بدست آمده می پردازیم و سپس برخی نمودارهایی دیگر که امکان اندازه گیری آن در آزمایشگاه نبوده و تاکنون نیز در هیچ مقاله ای ارائه نشده است را ارئه می نماییم.
با توجه به اینکه تاکنون، اطلاعات کلیه مقالات ارائه شده در زمینه FSI یا به صورت آزمایشگاهی بدست آمده و یا بیشتر در رابطه با سیالات آن بوده، لذا در اینجا مباحث مطرح شده، بیشتر در بررسی دینامیک روتور توربین می باشد. در نهایت نیز سعی شده است پیشنهادهایی در زمینه طراحی توربین بادی محور عمودی ارائه گردد که منجر به افزایش میزان گشتاور استاتیکی و سرعت دورانی شود.
4-2- بررسی نمودارهای تحلیل FSI
4-2-1- تغییرات گشتاور استاتیکی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان
همانطور که در شکل 4-1 مشاهده می‌شودگشتاور استاتیکی توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی صفر در سرعت باد 8 m/s با اختلاف نسبتا کمی با نتایج آزمایشگاهی، بدست آمده است. در نمودار فوق، چندین نکته وجود دارد:
الف) نمودار نتایج آزمایشگاهی در لحظه شروع چرخش روتور، به علت وجود یاتاقان در شرایط واقعی، باعث افزایش اولیه میزان گشتاور استاتیکی می گردد اما پس از شروع حرکت و غلبه بر نیروی اصطکاک ایستایی، کم کم مقدار گشتاور کاهش می یابد. اما در تحلیل عددی FSI، به علت عدم مدلسازی یاتاقان و حذف اثرات اصطکاکی داخلی آن، این مقدار از همان ابتدا کاهش می‌یابد.
ب) مقدار اولیه گشتاور استاتیکی در تحلیل FSI، به علت حذف یاتاقان بیشتر می باشد و در صورت وجود یاتاقان، مقداری از گشتاور صرف آن می گردد.
ج) گشتاور استاتیکی در شرایط تجربی، در محدوده 85 درجه به حداقل خود می رسد که این مقدار در شرایط تحلیل FSI به دلیل مذکور در مورد (الف)، در زاویه حدود 90 درجه به حداقل خود خواهد رسید.
شکل 4-1- مقایسه گشتاور استاتیکی توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی صفر برای سرعت باد 8 m/s
4-2-2- تغییرات گشتاور استاتیکی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان
همانطور که در شکل 4-2 مشاهده می شودگشتاور استاتیکی توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی صفر و زاویه فاز 30 درجه در سرعت باد 8 m/s با شیب مشابهی با نتایج آزمایشگاهی بدست آمده است. در نمودار فوق، چندین نکته وجود دارد:
الف) نمودار نتایج آزمایشگاهی در لحظه شروع چرخش روتور، همانند نمودار مربوط به گشتاور توربین یک طبقه، به علت وجود یاتاقان در شرایط واقعی باعث افزایش اولیه میزان گشتاور استاتیکی می گردد اما پس از شروع حرکت و غلبه بر نیروی اصطکاک ایستایی، کم کم مقدار گشتاور کاهش یافته است. اما در شرایط تحلیل FSI به علت عدم مدلسازی یاتاقان و حذف اثرات اصطکاکی داخلی آن، این مقدار از همان ابتدا کاهش می یابد.
ب) مقدار اولیه گشتاور استاتیکی در تحلیل FSI، به علت حذف یاتاقان بیشتر می باشد و در صورت وجود یاتاقان، مقداری از گشتاور صرف آن می گردد.
ج) گشتاور استاتیکی در شرایط تجربی، در محدوده 80 درجه به ماکزیمم خودمی رسد که این مقدار در شرایط تحلیل FSI به دلیل مذکور در مورد (الف)، در زاویه حدود 67 درجه به ماکزیمم خود خواهد رسید.
د) بر خلاف توربین یک طبقه، این توربین به علت وجود پره های بیشتر و افزایش سطح برخورد سیال با پره های آن گشتاور منفی نخواهد داشت که این از مزایای این توربین نسبت به توربین یک طبقه می باشد.
شکل 4-2- مقایسه گشتاور استاتیکی توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان برای سرعت باد 8 m/s
4-2-3- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان
جدول 4-1نشان می دهدکه هر چه سرعت باد بیشتر باشد، توربین در زمان بیشتر و با سرعت بالاتری می چرخد. از مقدار میانگین سرعت زاویه متوجه می شویم که علی رغم اینکه حداکثر سرعت زاویه ای، به هم نزدیک است ولی توربین در زمان بیشتری چرخیده که این فاکتور، اهمیت بالاتری نسبت به سرعت حداکثری دارد. زیرا هر چه توربین در حال دوران باشد، می تواند انرژی مکانیکی بیشتری به انرژی الکتریسیته تبدیل کند و نیازی به رسیدن ناگهانی سرعت زاویه ای، به مقدار حداکثر نیست.
جدول 4-1- مقایسه سرعت زاویه ای روتور توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان برای سرعت بادهای متفاوت
درصد زمانی چرخش مستمر