ارائه‌کننده: سینا کارکن

استاد راهنما: دکتر سعید کریمیان

استاد مشاور: دکتر راسخ 

استاد ناظر داخلی: دکتر ابراهیم کدیور

استاد ناظر خارجی : دکتر رسول عسگری

تاریخ: 1405/03/05

ساعت: 10 صبح

مکان: دانشگاه مهندسی مکانیک / کلاس 154

چکیده:

امروزه با توجه به نیاز روزافزون به منابع انرژی پاک، توربین ‌های بادی محور عمودی به‌ دلیل مزایایی هم ‌چون استقلال از جهت باد و سهولت ساخت، مورد توجه ویژه ‌ای قرار گرفته‌ اند؛ با این وجود، بازده پایین و گشتاور راه‌ اندازی اندک، از چالش ‌های اساسی این نوع توربین ‌ها به ‌شمار می ‌روند که هدف اصلی این پژوهش، ارتقای عملکرد یک توربین بادی محور عمودی از نوع داریوس با به‌ کارگیری استاتور و بررسی جامع تأثیر پارامترهای هندسی و آرایشی آن بر راندمان آیرودینامیکی است.

 بدین منظور، ابتدا یک مدل پایه از توربین داریوس با قطر روتور ۱ متر و طول وتر پره ۸۵ میلی‌متر، بر اساس داده ‌های یک مرجع معتبر استخراج و صحت‌ سنجی شد و سپس به‌ منظور بهبود عملکرد، افزودن استاتور در پیرامون روتور اصلی مورد مطالعه قرار گرفت. در این راستا تأثیر پنج نوع پروفیل مختلف در سه طول وتر متفاوت (بر اساس فاصله اولیه شکاف) بررسی شد که در نهایت، ماهیواره دی‌یو۰۶-دبلیو۲۰۰ با طول وتر ۱۲۰۰ میلی ‌متر به ‌عنوان گزینه بهینه انتخاب گردید. در ادامه، تأثیر فاصله شکاف (از ۰٫۶ تا ۲ برابر قطر روتور) مورد ارزیابی قرار گرفت که کمترین فاصله (۰٫۶ برابر قطر) مطلوب ‌ترین نتیجه را ارائه داد؛ همچنین مطالعه تعداد بهینه استاتور نشان داد که استفاده از 8عدد استاتور در مقایسه با ۴ و ۶ عدد، منجر به بهبود حدود ۵۰ درصدی ضریب توان می ‌شود. در گام اصلی تحقیق، هشت آرایش مختلف برای چیدمان استاتورها (از حالت کاملاً بالادست تا کاملاً پایین‌دست جریان) شبیه ‌سازی و مقایسه شد که نتایج حاکی از آن بود آرایش متقارن (توزیع یکنواخت) با افزایش ۴۸ درصدی ضریب توان نسبت به حالت پایه (از ۰٫۴۲۴ به ۰٫۶۲۲)، مؤثرترین چیدمان است. نهایتاً عملکرد توربین بهینه‌ شده در محدوده ‌ای از نسبت سرعت نوک از ۱٫۶۸ تا ۳٫۳ ارزیابی شد که یافته ‌ها نشان داد افزودن استاتور نه ‌تنها منحنی عملکرد را بهبود می‌بخشد، بلکه مقدار بهینه نسبت سرعت نوک را نیز از ۲٫۳ به ۲٫۸ افزایش می‌دهد و در این نقطه کاری، حداکثر ضریب توان به مقدار ۰٫۷۴ می‌رسد که نسبت به حداکثر ضریب توان توربین پایه (بدون استاتور)، افزایشی حدود ۷۵ درصدی را نشان می‌دهد. به‌طور کلی، نتایج این پژوهش به‌وضوح اثربخشی استفاده از استاتور با هندسه و آرایش بهینه را در ارتقای چشمگیر بازده آیرودینامیکی و گسترش محدوده کاری توربین‌های بادی محور عمودی نوع داریوس تأیید می‌کند.