دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی شهر

دانشکده مکانیک

 پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc

مهندسی مکانیک- گرایش تبدیل انرژی

طراحی ایرفویل ترکیبی توربین بادی برای اعداد رینولدز پایین

(روش عددی پنل، CFD و آزمایش تجربی در تونل باد)

 استاد راهنما:

دکتر بابک مهماندوست اصفهانی

استاد مشاور:

دکتر داود طغرائی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                       صفحه

فهرست مطالب…………………………………………………………………………………………………………..آ

فهرست شکل ها…………………………………………………………………………………………………..د

فهرست جدول ها………………………………………………………………………………………………..ح

چکیده………………………………………………………………………………………………………………ط

واژه های کلیدی…………………………………………………………………………………………………..ی

فصل اول: مقدمه………………………………………………………………………………………………1

1-1- بحران جهانی انرژی و انرژی باد………………………………………………………………………………………….1

1-2- توربین های بادی و انواع آن……………………………………………………………………………………………….4

1-2-1- توربین های بادی محور عمودی………………………………………………………………………………………5

1-2-2- توربین های بادی محور افقی…………………………………………………………………………………………..6

1-3- ایرودینامیک روتور توربین های بادی…………………………………………………………………………………..9

1-3-1- ضریب عملکرد توربین های بادی………………………………………………………………………………….12

1-3-2- ایرفویل توربین های بادی…………………………………………………………………………………………….16

1-4- بررسی اجمالی تحقیق اخیر………………………………………………………………………………………………20

فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین…………………………………………………………………..22

2-1- طراحی از پایه………………………………………………………………………………………………………………..23

2-2- بهینه سازی ایرفویل ها……………………………………………………………………………………………………..24

2-3- روش های تحلیل( طراحی مستقیم)…………………………………………………………………………………….26

2-3-1- روش مستقیم پنل………………………………………………………………………………………………………..26

2-3-2- روش لزج-غیرلزج……………………………………………………………………………………………………..28

2-3-3- روش های دینامیک سیالات محاسباتی……………………………………………………………………………28

2-4- مدل اغتشاش اسپالارت-آلماراس……………………………………………………………………………………..30

2-5- آزمایش های تجربی ………………………………………………………………………………………………………31

2-6- موسسات و مراکز طراحی ایرفویل توربین های بادی……………………………………………………………..32

فصل سوم: روش طراحی و تعریف مسئله……………………………………………………………..34

فصل چهارم: تحلیل ایرودینامیکی ایرفویل…………………………………………………………..38

4-1- روش عددی پنل…………………………………………………………………………………………………………….38

4-1-1- شرط کوتا…………………………………………………………………………………………………………………41

4-1-2- ضریب تاثیر……………………………………………………………………………………………………………….42

4-1-3- جواب عمومی معادله ی لاپلاس بر پایه اتحاد گرین………………………………………………………….44

4-1-4- الگوریتم و مراحل حل یک مسئله به روش پنل…………………………………………………………………46

4-1-5- پیکربندی و حل مسئله…………………………………………………………………………………………………46

4-1-6- نتایج حاصل از روش پنل……………………………………………………………………………………………..51

4-2- دینامیک سیالات محاسباتی CFD……………………………………………………………………………………..57

4-2-1- مقدمه ای در مورد دینامیک سیالات محاسباتی…………………………………………………………………57

4-2-2- الگوریتم حل یک مسئله CFD……………………………………………………………………………………..57

4-2-3- شبکه بندی و حل مسئله……………………………………………………………………………………………….58

4-2-4- مدل سازی اغتشاش……………………………………………………………………………………………………63

4-2-5- استقلال شبکه…………………………………………………………………………………………………………….65

4-2-6- نتایج حل CFD………………………………………………………………………………………………………….66

4-3- بررسی تجربی و آزمایش تونل باد……………………………………………………………………………………..78

4-3-1- مقدمات کار………………………………………………………………………………………………………………78

4-3-2- نتایج حاصل از آزمایش تونل باد……………………………………………………………………………………87

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری، مقایسه و پیشنهادات………………………………………………90

5-1- مقایسه نتایج حاصل از روش های مختلف تحلیل ایرودینامیکی……………………………………………….91

5-2- مقایسه نتایج با ایرفویل های پیشین……………………………………………………………………………………..95

5-2-1- مقایسه با نتایج تجربی پیشین………………………………………………………………………………………….95

5-2-2- مقایسه با نتایج عددی ایرفویل های پیشین………………………………………………………………………..99

5-3- مقایسه ضریب عملکرد محاسبه شده از روش CFD و نتیجه آزمایش تونل باد…………………………..101

5-4- تاثیر تعداد پره های توربین بر ضریب عملکرد…………………………………………………………………….102

5-5- جمع بندی و نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………….103

پیوست ها……………………………………………………………………………………………………107

پیوست (الف): جداول مربوط به نتایج……………………………………………………………………………………….107

پیوست (ب): کد کامپیوتری روش عددی پنل بر پایه توزیع خطی گردابه………………………………………..111

فهرست منابع………………………………………………………………………………………………..116

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید