دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی شهر

دانشکده مکانیک

 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc.

گرایش مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی

 

تحلیل عددی رفتار دینامیکی پره های توربین بادی با محور عمودی

 به روش اویلری- لاگرانژی کوپل شده

استاد راهنما:

دکتر محسن لوح موسوی

استاد مشاور:

دکتر حسن موسوی

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                            صفحه

فهرست مطالب ……………………………………………………………………………………………………………… أ

فهرست اشکال ……………………………………………………………………………………………………………… ه

فهرست جداول ……………………………………………………………………………………………………………. ح

چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………. ط

مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………… ی

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………. 1

1-2- انرژی تجدید پذیر ……………………………………………………………………………………………… 2

1-3- ویژگی انرژی تجدیدپذیر ……………………………………………………………………………………. 4 

1-4- انواع منابع  انرژی تجدیدپذیر ……………………………………………………………………………….. 5

1-4-1- انرژی خورشیدی ………………………………………………………………………………………. 5

1-4-2- انرژی زمین گرمایی …………………………………………………………………………………… 6

1-4-3- فن آوری هیدروژن، پیل سوختی و زیست توده ………………………………………………. 8

1-4-4- انرژی باد …………………………………………………………………………………………………. 9

1-5- تاریخچه انرژی باد ……………………………………………………………………………………………….. 13

1-6- انواع توربین بادی …………………………………………………………………………………………………. 16

1-6-1- توربین محور عمودی …………………………………………………………………………………. 16

1-6-1-1- مزایای توربین های محور عمودی ………………………………………………………… 17

1-6-1-2- معایب توربین های محور عمودی ………………………………………………………… 17

1-6-2- توربین محور افقی ……………………………………………………………………………………… 17

1-6-2-1- مزایای توربین های محور افقی …………………………………………………………….. 18       

1-6-2-2- معایب توربین های محور افقی …………………………………………………………….. 18

1-7- مروری بر تحقیقات انجام شده ………………………………………………………………………………… 21

1-8- روش تحقیق در این پایان نامه …………………………………………………………………………………. 32

1-9- مروری اجمالی بر فصلهای پایان نامه ………………………………………………………………………… 33

فصل دوم: معرفی پارامترهای آنالیز FSI

2-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………… 34

2-2- معرفی پارامترهای موثر بر نتایج آزمایشگاهی …………………………………………………………… 35

2-2-1- گشتاور استاتیکی ………………………………………………………………………………………. 38

2-2-2- زاویه فاز ………………………………………………………………………………………………….. 39

2-2-3- نسبت هم پوشانی پره ها ……………………………………………………………………………… 40

2-2-4- گشتاور دینامیکی(ضریب قدرت) …………………………………………………………………  42  

2-3- تئوری بتز …………………………………………………………………………………………………………. 44

2-4- تئوری گلائورت ……………………………………………………………………………………………….. 50

2-4-1- طراحی مفهومی آیرودینامیکی پره توربین بادی ………………………………………………. 50

2-4-1-1- نحوه تعیین قطر روتور و تعیین تعداد پره ها و سطح هر پره …………………….. 50

2-4-1-2- معرفی تئوری گلائورت جهت طراحی آیرودینامیکی پره توربین بادی ………… 50

2-4-1-2-1- محاسبه نیروی رانش محوری و گشتاور ………………………………………… 50

2-4-1-2-2- محاسبات ضریب قدرت …………………………………………………………….  52

2-4-1-2-3- تعیین مقادیر زاویه ای سرعت نسبی  و ضریب شکل  بهینه …. 52

2-4-1-2-4- تعیین ضریب قدرت ………………………………………………………………….. 52

2-4-1-2-5- اثر تعداد پره ها ………………………………………………………………………… 53

2-4-1-2-6- نحوه عملی طراحی آیرودینامیکی پره توربین باد و تعیین وتر و زاویه پره 53

2-4-2- طراحی مفهومی سازه ای پره های توربین بادی …………………………………………..  54

2-4-2-1- تنش های ناشی از تندباد ضمن عملکرد عادی ……………………………………  54

2-4-2-2- تنش های ناشی از نیروهای گریز از مرکز در عملکرد عادی …………………  55

2-4-2-3- تنش ناشی از اثرات ژیروسکوپی …………………………………………………….  55

2-4-2-4- تنش کل وارد بر پره ……………………………………………………………………..  55

2-4-2-5- انتخاب جنس پره …………………………………………………………………………  56

2-4-3- محاسبه دقیق هندسی برای سطح پره توربین های بادی محور افقی ………………….  56

2-4-2-1- هدف …………………………………………………………………………………………  56

2-4-2-2- پارامترهای اصلی برای تعیین هندسه پره ……………………………………………. 56

2-4-2-3- تعیین مختصات فضایی نقاط بر روی سطح پره …………………………………… 57

فصل سوم: شبیه سازی فرایند برهمکنش باد بر پره های توربین

3-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………. 58

3-2- معرفی پارامترهای مهم انتخاب شده در فرایند شبیه سازی ………… .. …………………………….. 61

3-2-1- پارامتر معادله گاز ایده آل Ideal Gas Equation State …………………………….. 61

3-2-2- پارامتر انتگرال گیری با تعداد نقاط گوس کاهش یافته ……………………………………… 62     

3-3- روند دستیابی به شبیه سازی نهایی مدل توربین ساوونیوس (مطابق مقاله اصلی) …………………………. 63

3-3-1- محیط ایجاد قطعه  ………………………………………………………………………….. 64

3-3-2- محیط تعریف خصوصیات مواد  …………………………………………………. 64

3-3-3- محیط تعریف تعداد مراحل و نوع حل مساله  ……………………………………….. 64

3-3-4- محیط تعریف نوع تماس اجزا با هم  ………………………………………… 64

3-3-5- محیط بارگذاری و اعمال شرایط مرزی  ……………………………………………. 65

3-3-6- محیط شبکه بندی اجزا  ……………………………………………………………… 65

3-4- شبیه سازی توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی صفر   ……………………………… 66

3-4-1- مدلسازی سه بعدی توربین و تونل باد در محیط  …………………………………… 66

3-4-2- تعریف خصوصیات روتور و حجم کنترل سیالاتی در محیط  ……………. 66

3-4-3- مونتاژ اجزای مساله در محیط   ………………………………………………….. 67

3-4-4- تعریف تعداد مرحله و نوع حل مساله درمحیط  ……………………………………… 69

3-4-5- تعریف نوع تماس سطوح اجزاء با هم در محیط   ……………………….. 70

3-4-6- تعریف سرعت باد و شرایط مرزی تونل باد در محیط  …………………………… 70

3-4-7- شبکه بندی مدل در محیط ……………………………………………………………….. 74

3-4-8- حل مساله در محیط  …………………………………………………………………………. 74

3-5- شبیه سازی سایر توربین ها  ……………………………………………………………………..  75

 

فصل چهارم: ارئه نتایج و بحث و بررسی آن

4-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………….. 78

4-2- بررسی نمودارهای تحلیل FSI ……………………………………………………………………………….. 79

   4-2-1- تغییرات گشتاوراستاتیکی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ………………. 79 

    4-2-2- تغییرات گشتاور استاتیکی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ……………….. 80

    4-2-3- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ………….. 81

    4-2-4- تغییرات انرژی جنبشی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان …………………. 82

    4-2-5- تغییرات نیروهای تکیه گاهی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان …………. 83       

    4-2-6- تغییرات نیروهای تکیه گاهی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی متفاوت ………….. 84

    4-2-7- نمایش گرافیکی جریان سیال در بروخورد با توربین یک طبقه در  تونل باد ……………. 85

    4-2-8- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین دو طبقه با زاویه فازهای متفاوت ……………….. 87

    4-2-9- نمایش گرافیکی لحظه برخورد سیال با پره توربین دو طبقه ………………………………… 88

    4-2-10- تغییرات بردار سرعت در هنگام شروع دوران توربین یک طبقه …………………………. 89

    4-2-11- تغییرات بردار سرعت در هنگام شروع دوران توربین دو طبقه ……………………………. 91

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1-  مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………… 93

5-2- نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………. 93

5-3- پیشنهادات …………………………………………………………………………………………………………… 96

فهرست مراجع …………………………………………………………………………………………………………. 98

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید