مدل سازی یک سیستم جاذب انرژی باد اینولوکس با ترکیب نتایج حل عددی در بستر نیمه تحلیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در این تحقیق، تولید شبکه و شبیه‌سازی جریان سه‌بعدی در سیستم جاذب انرژی باد اینولوکس، یکی از سامانه‌های نوین انرژی باد، به‌صورت عددی بررسی شده است. از نتایج حل عددی، در بستر نیمه‌تحلیلی (مدل آیرودینامیکی شبه‌پایا) به منظور مدل‌سازی و تخمین مشخصه‌های عملکردی سیستم مذکور استفاده شده و با ایجاد یک جفت سازی خارج از خط (کوپلینگ آفلاین)، نتایج حاصل از حل عددی به‌عنوان ورودی‌های کد تحلیلی B‌I‌M به کار رفته است. یک توربین باد بهینه و اختصاصی برای به‌کارگیری در بخش ونتوری سیستم اینولوکس، طراحی و ارائه شده است. با به‌کارگیری ضرایب تصحیح نوک پره و تصحیح توپی پرانتل و نیز ضریب اصلاح دنباله‌ی برتون و گلوآرت، به منظور پوشش اثرات سه‌بعدی، رفتار ضریب توان و ضرایب نیرو ارائه شده است. یک مطالعه‌ی جامع برحسب لامبدا (نسبت سرعت نوک پره) و طول بی‌بعد پره نیز صورت گرفته است. نتایج اعتبارسنجی هر دو شیوه‌ی حل عددی و تحلیلی نشان می‌دهد که هر دو شیوه‌ی انتخاب شده، با داده‌های
مرجع مطابقت دارند. بر پایه‌ی همین دستاوردها می‌توان مشاهده کرد که سیستم جاذب انرژی باد اینولوکس قادر است سرعت جریان را در بخش ونتوری به میزان حدود ۷۰ درصد افزایش دهد و انرژی بیشتری از داکت و شرود فراهم سازد. با هدف مقایسه‌ی ضرایب تصحیح دنباله‌ی آشفته، بر اساس نتایج کد توسعه داده شده، اختلاف مدل برتون و مدل گلوآرت در تخمین ضریب توان همواره از ۱۵ درصد کم‌تر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of a wind energy harvesting INVELOX system by combination of numerical results and semi-analytical framework

نویسندگان [English]

  • S. Karimian Aliabadi
  • S. Rezaey
D‌e‌p‌t. o‌f M‌e‌c‌h‌a‌n‌i‌c‌a‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g T‌a‌r‌b‌i‌a‌t M‌o‌d‌a‌r‌e‌s U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y
چکیده [English]

In the current study, the 3D mesh generation and numerical solution of the flow within an INVELOX system, a modern wind energy harvesting structure, was presented. Based on the numerical results, a semi-analytical BEM framework was developed to model the aerodynamics and to estimate the performance characteristics of the system. It is implemented via an offline coupling mechanism. A particular and optimum blade shape was designed to be installed in the venture section of the INVELOX system. It was performed based on the prescribed sections mentioned in the literature. Considering the Prandtl's tip and hub loss factors as well as the Glauert’s and Berton turbulent wake corrections, the behavior of the power coefficient and force coefficients were depicted. A comprehensive study was organized in terms of the tip speed ratio and the normalized length or dimensionless radius. From validation study, it was concluded that both numerical and analytical approaches were in acceptable agreement with the experimental and prior approved data. Based on these results, one may deduce that wind velocity can be magnified by about 70 percent by the Invelox system in the venture section. It is considerably more than the traditional ducts or shrouds used for wind acceleration. In order to make a comparison among the turbulent wake correction formulas, according to the proposed semi-analytical code results, it was found that the Berton and Glauert models would make a maximum difference of 15 percent when the power estimation was expected. By using this proposed hybrid model and related numerical and analytical frames, it is definitely possible to conduct the optimization study considering all the geometric and environmental parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • wind energy
  • INVELOX system
  • numerical solution
  • semi-analytical code
  • Prandtl correction
  • turbulent wake correction