دانلود پایان نامه

تئوری کلی توربین ساوونیوس بیان می کند که در اثر ایجاد نیروی فشاری روی سطوح پره های توربین توسط باد، توربین دور محور خود می چرخد. جهت تخمین ضریب قدرت هائو معادله زیر را ارائه کرد.
(1-1)
(1-2)
در این معادله، سرعت نسبی باد، سرعت نوک پره توربین،ضریب دراگ در توربین ساوونیوس و سرعت جریان آزاد باد می باشد.
همانگونه که دیده می شود در معادله بالا، تعداد پره های توربین، نسبت شکاف، انحنای پره توربین و … در نظر گرفته نشده است. لذا یک رابطه تحلیلی دقیق تر جهت عملکرد توربین ساووینیوس توسط چائووین و همکارش جهت توربین با دو پره ارائه گردید که بر پایه اطلاعات تجربی سالهای قبل تخمین زده شده است.
(1-3)
(1-4)
در این رابطه، گشتاور دینامیکی آنی در دو راستای ، اختلاف فشار بین دو سطح پره اول و اختلاف فشار بین دو سطح پره دوم و زاویه موقعیت پره توربین می باشد.
در رابطه فوق، از اختلاف فشار بین دو سطح یک پره، گشتاور آنی محاسبه می گردد . جهت استفاده از فرمولهای (3) و (4) نیاز به این اختلاف فشار در زوایای مختلف داریم. همچنین لازم به ذکر است که این رابطه برای تخمین گشتاور دینامیک آنی سطوح ساده قابل استفاده می باشد.
اخیراً، روشهای عددی پیشرفته، برخی پدیده های جریان را نمایش داده و تشریح می کند. بوئورابا و همکارش (2004) جهت تخمین جریان و عملکرد توربین یک بسته نرم افزاری را استفاده کردند اما این روشهای عددی قابلیت پیش بینی عملکرد توربین ساووینیوس را ندارند و تنها راه ممکن که تا کنون پیشنهاد شده است استفاده از نتایج آزمایشگاهی می باشد.
همانگونه که در بالا ذکر شد، توربین ساووینیوس معمولاً توسط نیروی دراگ به چرخش در می آید اما کلومبرنس در تحقیقاتش نشان می دهد که نیروی لیفت تاثیر بسزایی در این نوع توربین دارد. فرناندو (1979) نیز در تحقیقات خود، نشان می دهد که توربین ساوونیوس از برآیند دو نیروی دراگ و لیفت به چرخش در می آید. چائووین و همکارش (1989) نیز بیان میکنند که ضریب لیفت تاثیر منفی بر ضریب قدرت توربین در مقادیر پایین نسبت به سرعت دارد. لذا در صورتی که ضریب لیفت در توربین بهبود یابد عملکرد کلی توربین ارتقاء می یابد. تغییر طراحی پره های توربین یکی از روشهای ارتقای عملکرد توربین می باشد. یاسویوکی (2003)پس از بررسی پیچ و تاب پره های توربین بیان کرد که در صورت بهبود بخشیدن گشتاور شروع چرخش، ضریب قدرت بهبود می یابد. همچنین، پرابهوو (2009) در بررسی خود به این نتیجه رسید که در صورت حذف شافت میانی توربین ، عملکرد توربین بهتر می گردد.
نتایجی که در تحقیقات کلومبرنس بدست آمده گویای تاثیرات نیروی لیفت در ضریب قدرت می باشد که در زیر چندی از نتایج را بررسی می نماییم.
الف) گشتاور استاتیکی
گشتاور استاتیکی توربین در سرعت بادهای متفاوتی بدست آمده که در زیر نمایش داده شده است. در شکل 1-23 نشان داده می شود که گشتاور استاتیکی در زوایای شروع حرکت افزایش می یابد و سپس پس از چرخش 90 درجه ای گشتاور استاتیکی تقریباً صفر می گردد و نهایتا در 20 درجه بعد از آن گشتاور مجدداً افزایش می یابد. همچنین می توان از این نمودار دریافت که گشتاور استاتیکی در نمودار های و بسیار نزدیک هم می باشد و این دو نمودار در زوایای بین 85-90 درجه کمترین اختلاف را با هم دارند و برای نمودارهای و در زوایای بین 95-100 درجه کمترین اختلاف وجود دارد.
شکل1-23- نمودار گشتاور استاتیکی]5[
ب) تاثیر نسبت همپوشانی
شکل 1-24 نشان می دهد که توربین با نسبت هم پوشانی صفر دارای ضریب گشتاور استاتیکی منفی درزوایای 85 الی90 درجه می باشد در حالی که برای نسبت هم پوشانی0.16،0.32 ضریب گشتاور استاتیکی مثبت می باشد. در حالت کلی، مقدار ضریب گشتاور استاتیکی با افزایش نسبت هم پوشانی، افزایش می یابد. در نمودار زیر مشاهده می گردد که در زوایای 95 الی110 درجه منحنی دارای تغییر ناگهانی می باشد که این تغییر در تحقیقات قبلی که توسط جونز و همکارانش انجام گرفته بود نیز نشان داده شده بود.
شکل 1-24- نمودار گشتاور استاتیکی (برای 3 نوع توربین با ) ]5[
لازم به ذکر است که مقاله فوق کلیه داده های خود را به صورت تجربی جمع آوری نموده و محققان آن نتوانسته بودند تا تحقیقات خود را توسط نرم افزار مدلسازی نموده و با نتایج بدست آمده با آزمایشات تجربی صحت سنجی نمایند]5[.
آرمسترانگ و همکارش نیز به بررسی بارگذاری آیرودینامیکی در توربین با محور عمودی پره مستقیم پرداخته اند. ایشان پس از انجام آزمایشات متعدد در تونل باد و در شرایط مختلف، به تاثیرگام ثابت تیغه های مستقیم شیب دار در باد با سرعت پرداختند. در شکل 1-25 نشان داده می شودکه ضریب قدرت در زاویه به مقدار ماکزیمم خود 0.27 می رسد و این مقدار در زاویه کاهش می یابد.
مقدار ماکزیمم ضریب قدرت در نسبت سرعت تیغه حدودی می باشد. عملکرد توربین به طور قابل توجهی نسبت به زاویه گام حساس بوده و در نسبت سرعت تیغه حدودی ضریب قدرت ماکزیمم در محدوده 0.06 الی 0.24 تغییر می یابد.