دانلود پایان نامه ارشد: طراحی ایرفویل ترکیبی توربین بادی برای اعداد رینولدز پایین

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مکانیک

گرایش :تبدیل انرژی

عنوان : طراحی ایرفویل ترکیبی توربین بادی برای اعداد رینولدز پایین

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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)فهرست مطالبعنوان                                                                                                                       صفحهفهرست مطالب..........................................................................................................................آفهرست شکل ها.................................................................................................................دفهرست جدول ها..............................................................................................................حچکیده..............................................................................................................................طواژه های کلیدی.................................................................................................................یفصل اول: مقدمه............................................................................................................11-1- بحران جهانی انرژی و انرژی باد.......................................................................................................11-2- توربین های بادی و انواع آن.............................................................................................................41-2-1- توربین های بادی محور عمودی...................................................................................................51-2-2- توربین های بادی محور افقی........................................................................................................61-3- ایرودینامیک روتور توربین های بادی...............................................................................................91-3-1- ضریب عملکرد توربین های بادی..............................................................................................121-3-2- ایرفویل توربین های بادی..........................................................................................................161-4- بررسی اجمالی تحقیق اخیر............................................................................................................20فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین.............................................................................222-1- طراحی از پایه................................................................................................................................232-2- بهینه سازی ایرفویل ها....................................................................................................................242-3- روش های تحلیل( طراحی مستقیم).................................................................................................262-3-1- روش مستقیم پنل.......................................................................................................................262-3-2- روش لزج-غیرلزج....................................................................................................................282-3-3- روش های دینامیک سیالات محاسباتی.......................................................................................282-4- مدل اغتشاش اسپالارت-آلماراس..................................................................................................302-5- آزمایش های تجربی .....................................................................................................................312-6- موسسات و مراکز طراحی ایرفویل توربین های بادی.......................................................................32فصل سوم: روش طراحی و تعریف مسئله.......................................................................34فصل چهارم: تحلیل ایرودینامیکی ایرفویل....................................................................384-1- روش عددی پنل............................................................................................................................384-1-1- شرط کوتا.................................................................................................................................414-1-2- ضریب تاثیر...............................................................................................................................424-1-3- جواب عمومی معادله ی لاپلاس بر پایه اتحاد گرین...................................................................444-1-4- الگوریتم و مراحل حل یک مسئله به روش پنل...........................................................................464-1-5- پیکربندی و حل مسئله...............................................................................................................464-1-6- نتایج حاصل از روش پنل...........................................................................................................514-2- دینامیک سیالات محاسباتی CFD..................................................................................................574-2-1- مقدمه ای در مورد دینامیک سیالات محاسباتی...........................................................................574-2-2- الگوریتم حل یک مسئله CFD..................................................................................................574-2-3- شبکه بندی و حل مسئله.............................................................................................................584-2-4- مدل سازی اغتشاش..................................................................................................................634-2-5- استقلال شبکه............................................................................................................................654-2-6- نتایج حل CFD.........................................................................................................................664-3- بررسی تجربی و آزمایش تونل باد..................................................................................................784-3-1- مقدمات کار..............................................................................................................................784-3-2- نتایج حاصل از آزمایش تونل باد................................................................................................87فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری، مقایسه و پیشنهادات......................................................905-1- مقایسه نتایج حاصل از روش های مختلف تحلیل ایرودینامیکی.......................................................915-2- مقایسه نتایج با ایرفویل های پیشین..................................................................................................955-2-1- مقایسه با نتایج تجربی پیشین.......................................................................................................955-2-2- مقایسه با نتایج عددی ایرفویل های پیشین...................................................................................995-3- مقایسه ضریب عملکرد محاسبه شده از روش CFD و نتیجه آزمایش تونل باد................................1015-4- تاثیر تعداد پره های توربین بر ضریب عملکرد...............................................................................1025-5- جمع بندی و نتیجه گیری.............................................................................................................103پیوست ها..................................................................................................................107پیوست (الف): جداول مربوط به نتایج....................................................................................................107پیوست (ب): کد کامپیوتری روش عددی پنل بر پایه توزیع خطی گردابه...............................................111فهرست منابع..............................................................................................................116چکیدهدر قرن اخیر با افزایش روز افزون تقاضا برای انرژی و کاهش منابع سوخت های فسیلی، نقش انرژی های تجدید پذیر در پیشرفت و توسعه کشور ها بر کسی پوشیده نیست. در این میان انرژی بادی سهم ویژه ای را به خود اختصاص داده است و در بین سایر انواع انرژی های تجدید پذیر بیشترین نرخ رشد را دارا است. توربین های بادی محور افقی نقش اساسی در تولید انرژی و توان بادی را دارند و تحقیقات و منابع مالی بسیاری برای پیشبرد طراحی و بهینه سازی آنها انجام گرفته است. در تحقیق اخیر یک ایرفویل (سطح مقطع پره ی توربین بادی) به روش ترکیبی برای کار در شرایط رینولدز پایین طراحی شده است و با سه روش مختلف مورد مطالعه و تحلیل آیرودینامیکی قرار گرفته است. این کار با مقدمه ای مختصر در مورد توربین های بادی شروع شده و به طور مفصل به پیشینه و سوابق کاری پژوهشگران و موسساتی که در زمینه ایرفویل ها تحقیقاتی داشته اند ادامه یافته است. سپس برای طراحی از ترکیب سطح بالایی NACA 63-1015 و سطح زیرین Wortmann FX63-168 که هردو از خانواده ی ایرفویل های مورد استفاده در توربین های بادی هستند استفاده شده است. پس از آن با استفاده از روش عددی پنل بر پایه توزیع خطی گردابه، روش دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) و آزمایش تجربی در تونل باد ایرفویل ترکیبی تحت مطالعه قرار گرفته است. برای روش پنل از کد کامپیوتری در زبان FORTRAN استفاده شده است و روش CFD با استفاده از مدل اغتشاش اسپالارت-آلماراس به وسیله نرم افزار FLUENT6.3.26 انجام گرفته است. آزمایش تجربی نیز در تونل باد دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر مجلسی انجام گرفته است. نتایج بدست آمده با ایرفویل های طراحی شده ی پیشین برای  شرایط رینولدز پایین در مراجع معتبر و چند ایرفویل مرسوم برای استفاده در توربین های بادی که به علت در دسترس نبودن اطلاعات دقیق به صورت CFD شبیه سازی شده اند مقایسه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده ایرفویل ترکیبی اخیر به دلیل ضریب برآ بسیار زیاد قابلیت بسیار بالایی برای فراهم کردن گشتاور شروع به کار مناسب برای توربین های رینولدز پایین را داراست. همچنین با توجه به نسبت برآ به پسای مناسب عملکرد بسیار مناسبی در پیش بینی های ضریب عملکرد نشان داده است. علاوه بر تحلیل کلی ایرفویل توربین بادی به بررسی قابلیت روش های مختلف برای پیش بینی بار های آیرودینامیکی ایرفویل توربین های بادی پرداخته شده است و نقش تغییر عدد رینولدز در کاهش یا افزایش ضرایب بارهای آیرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. بر این اساس روش پنل تنها در زوایای حمله ی پایین قادر به پیش بینی ضریب برآ با درصدی خطا است و عملا در محاسبه ی ضریب پسا دست بسته است. این روش همچنین قابلیت بررسی تاثیر عدد رینولدز را ندارد. بر اساس مطالعات CFD مدل اسپالارت-آلماراس توانایی بالایی در شبیه سازی جریان ایرفویل توربین های بادی دارد و تنها در زوایای حمله ی بسیار بالا اندکی با خطا مواجه خواهد شد. بر اساس آزمایش های تجربی و دینامیک سیالات محاسباتی با افزایش عدد رینولدز ضریب برآ افزایش و ضریب پسا کاهش خواهد یافت در نتیجه ضریب عملکرد توربین بادی با افزایش عدد رینولدز، بیشتر خواهد شد.واژه های کلیدی: انرژی های تجدید پذیر، ایرفویل توربین های بادی، آیرودینامیک تجربی، آیرودینامیک عددی، آزمایش تونل باد، ضریب عملکرد، دینامیک سیالات محاسباتی،  تاثیر عدد رینولدز. فصل اولمقدمه
  • بحران جهانی انرژی و نقش انرژی باد
با افزایش روز افزون جمعیت جهان و کاهش ذخایر سوخت های فسیلی، انرژی به مسئله ای مهم تر از قبل تبدیل شده است. مهم بودن نقش انرژی از آنجا پیدا است که در تمامی شئون زندگی انسان از خانواده تا اقتصاد و سیاست به عنوان واژه ای پرکاربرد خود نمایی می کند.در ابتدای دهه هفتاد میلادی، با شروع بحران جهانی بهای نفت که به دلیل عدم توازن بین کشف، استخراج و تقاضای بازار بوجود آمده بود، نگاه ها را به سوی منابع جایگزین انرژی سوق داد. امریکا، دانمارک و آلمان از اولین کشور هایی بودند که برای مطالعه انرژی باد سرمایه گزاری کردند [1]. بر پایه داده های آماری انجمن جهانی انرژی باد، این تکنولوژی در سال 2009 در حدود 50 میلیارد یورو سود دهی داشته و بیش از 550000 نفر را در سراسر جهان به کار گماشته است [2]. شکل 1-1 ظرفیت کلی انرژی بادی نصب شده در جهان در سال های مختلف را نمایش می دهد. همان گونه که از این نمودار مشخص است در دهه پیشین میلادی رشد میزان استفاده از انرژی باد با شیب بسیار زیاد در حال افزایش است.شکل 1-1 ظرفیت کلی انرژی بادی نصب شده در جهان بر حسب گیگاوات [2]امروزه با روشن شدن استفاده های بهینه تر از نفت، گاز و ذغال سنگ به خصوص در کشور های توسعه یافته و با نظر به افزایش حجم گازهای گل خانه ایی درون جو و مسئله گرمایش جهانی ، همچنین به دلیل کاهش آلودگی های زیست محیطی (شیمیایی و حرارتی) استفاده از انرژی های تجدید پذیر به دغدغه ایی برای کشور ها تبدیل شده است. جالب است که در سال های اخیر انرژی بادی بیشترین سهم پیشرفت را در میان سایر منابع انرژی های تجدید پذیر به خود اختصاص داده است [3]. در ایران نیز با توجه به افزایش جمعیت شهری و پیامد آن افزایش تقاضای انرژی استفاده از انرژی های تجدید پذیر به عنوان مولفه ای از توسعه پایدار نقشی حیاتی ایفا می کند [4]. توسعه پایدار به معنی توسعه به گونه ای است که علاوه بر پیشرفت نسل حاضر و برآورده سازی نیاز های فعلی جامعه( دیدگاه اجتماعی) و انسان(دیدگاه فردی)، توانایی و منابع نسل آینده را محدود نسازد [5]. بر این اساس مزایای استفاده از انرژی باد را به صورت خلاصه زیر می توان بیان کرد [6]:
  • بدون صرف هیچ گونه هزینه ایی در دسترس است.
  • هیچ گونه آلودگی زیست محیطی شیمیایی یا حرارتی ایجاد نمی کند.
  • هزینه نگهداری توربین های بادی در سال های اخیر به تعادل بسیار خوبی نسبت به دیگر تجهیزات نیروگاهی رسیده است.
  • قابلیت استفاده در مناطق دور از شبکه اصلی را داراست.
ایران با توجه به موقعیت جغرافیایی منحصر به فردی که دارد منطقه ای مناسب برای استفاده از انرژی باد است. معلوم شده است که ایران هم در زمستان و هم در تابستان در معرض وزش بادهایی است که در زمستان از اقیانوس اطلس و از شمال شرقی یعنی، آسیای مرکزی و در تابستان از شمال غربی یعنی حدود ایسلند و اسکاندیناوی و نیز از جنوب یعنی اقیانوس هند می وزند [7]. شکل 1-2 و شکل 1-3 به ترتیب نشان دهنده میانگین سالانه انرژی و سرعت باد در ارتفاع 20 متری و 40 متری سطح زمین در مناطق مختلف ایران است [8].تعداد صفحه : 148قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید