مجله ی مهندسی مکانیک شریف

مجله ی مهندسی مکانیک شریف

مطالعه عددی اثرات انواع فرسایش سطحی در پره توربین بادی، بر عملکرد ایرودینامیکی بر مبنای حل 3 بعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس- گروه هوافضا
2 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مکانیک
10.24200/j40.2026.68576.1764
چکیده
در این پژوهش، افت عملکرد ایرفویل ناکا 64618 در پره توربین بادی مبنا، در اثر 5 نوع فرسایش سطحی در لبه حمله، با حل 3بعدی ارزیابی شده است. میدان جریان تراکم‌ناپذیر فرض شده و مدل آشفتگی SST k-ω انتخاب شده است. شبیه سازی ها در طیف زوایای حمله 5- تا 25 درجه و در 3 وضعیت سالم، فرسایش خفیف و فرسایش شدید، انجام شده. نتایج نشان می‌دهد که فرسایش لبه حمله، ضریب پسا را بصورت محسوسی افزایش می دهد که به معنای کاهش راندمان ایرودینامیکی می باشد. منحنی های مشخصه، بر حسب زاویه حمله برای حالات مختلف رسم شده اند. افزایش پسا و افت راندمان در زاویه حمله بالا بیشتر است و سطح خرابی، بطور قابل توجه این رویه را تغییر می دهد. همچنین در بین انواع فرسایش ، ترک‌های در راستای طول پره، تاثیر بیشتری بر تقلیل عملکرد داشته بطوری که ضریب برآی بیشینه و بازده بیشینه آیرودینامیکی به ترتیب 35 و 50 درصد کاهش یافته و ضریب پسا در راندمان بیشینه بیش از 2 برابر شده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical study of the effects of different erosion types over blade surface, on the aerodynamic characteristics of a wind turbine via 3D simulations

نویسندگان English

Saeed Karimian Aliabadi 1
Sam Saham 2
1 Tarbiat Modares university, Mechanical engineering faculty
2 Tarbiat Modares university, Mechanical Faculty
چکیده English

In this study, the aerodynamic performance loss of the NACA 64618 section, which is part of the baseline wind turbine blade, due to 5 different types of surface erosion at the leading edge zone, has been evaluated using 3D numerical simulation. In order to consider the random distribution of the surface damage types in areas close to the leading edge, it is essential to simulate sections considering the depth or width of the blade element, and therefore, 3D solutions should be used, which is done here as well. The geometric pattern and dimensional range of the damages in the leading edge areas, have been classified in two separate groups, namely mild erosion and severe erosion, based on experimental data. The flow field is assumed to be incompressible and the k-ω SST turbulence model has been selected. The simulations have been performed in the range of angles of attack between -5 and 25 degrees and in 3 airfoil states: healthy, mild erosion, and severe erosion. The results of this study showed that leading edge erosion, significantly increases the drag coefficient corresponding to a given lift coefficient, which is a decrease in aerodynamic efficiency. In order to quantitatively compare the results, characteristic curves have been plotted in terms of angle of attack and lift coefficient in the three aforementioned cases. The increase in drag and the loss of efficiency are particularly greater at higher angles of attack, and the level of damage, i.e. mild or severe, significantly changes this trend. Also, among the types of erosion considered, cracks along the blade length, perpendicular to the chord, had a greater impact on performance reduction, such that the maximum lift coefficient and maximum aerodynamic efficiency decreased by 35 and 50 percent, respectively, and the drag coefficient at maximum efficiency, would be increased by 500 percent.

کلیدواژه‌ها English

wind turbine blade
aerodynamic characteristics
leading edge erosion
3D numerical solution
blade surface damage

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 شهریور 1405