پایان نامه ارشد: تحلیل عددی و آزمایشگاهی آیرودینامیک یک توربین بادی محور قائم ساونیوس

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مکانیک

گرایش :تبدیل انرژی

عنوان : تحلیل عددی و آزمایشگاهی آیرودینامیک یک توربین بادی محور قائم ساونیوس

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی شهر

دانشکده مکانیک

 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی مکانیک- گرایش تبدیل انرژی

 

عنوان :

تحلیل عددی و آزمایشگاهی آیرودینامیک یک توربین بادی محور قائم ساونیوس                       

استاد راهنما :

 دکتر سعید رسولی

 

استاد مشاور :

 دکتر بابک مهماندوست

 تابستان 1393

 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)چکیدهدر این پایان نامه تحلیلی تجربی به همراه شبیه سازی عددی جهت بررسی عملکرد توربین بادی محورقائم ساونیوس  به انجام شده است.  جهت انجام آزمایشات توربین ساخته شده در تونل باد مادون صوت تحت آزمایش قرار گرفت. به منظور بررسی دقت آرمایشات هر آزمایش در هر سرعت باد سه مرتبه تکرار شد که نتایج انطباق خوبی با هم داشتند. شبیه­سازی عددی به کمک نرم­افزار Fluent 6.3 با استفاده از مدل k-ω SST و با استفاده از روش محورهای مختصات مرجع چندگانه  (MRF)انجام شده است. گشتاور، ضریب توان، توزیع تنش و فشار بر روی پره های توربین مورد مطالعه قرار گرفته اند. جهت بررسی صحت و دقت نتایج عددی حاصل شده از اصول دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، مقایسه با نتایج آزمایشگاهی تونل باد استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که نتایج عددی و تجربی دارای مطابقت خوبی هستند و در بیشترین میزان خطا در نقطه ی بیشینه ضریب توان 6درصد خطا بین نتایج ما وجود دارد. نتایچ عددی نشان داد که فشار استاتیک و تنش برشی با افزایش سرعت زاویه ای و همچنین سرعت باد افزایش می یابند.واژگان کلیدی: انرژی بادی، توربین بادی محور قائم ساونیوس، دینامیک سیالات محاسباتی ، گشتاور، ضریب توان.    فهرست جدول‌هاعنوان                                                                                                                                                                                                                          شماره صفحهجدول 3-1- مشخصات و ابعاد اجزای تشکیل دهنده توربین ساونیوس                                              54جدول 5‑1 مقدار ثوابت معادلاتِ لزجت گردابه­ای، k و ε                                                                    86  جدول 5-2 ضریب توان در  شبکه بندی های مختلف                                     91جدول 5-3 مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی ضریب توان درسرعت باد  m/s 5.5                                93جدول 5-4 مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی ضریب توان درسرعت باد  m/s 7.5                                93     فهرست شکل‌هاعنوان                                                    شماره صفحهشکل 1-1 نمونه ای از آسیاب های بادی قدیمی                                                 16شکل 1-2 آنمومترجهت اندازه گیری سرعت باد                                                                                             18شکل 1-3 میزان ظرفیت بادی نصب شده از سال 1996 تا سال 2012 در جهان                               28شکل 1-4 پیش بینی ظرفیت نصب شده تا سال 2017 به تفکیک قاره های مختلف                            29                        شکل 2-1 نیروهای وارد بر پره توربین بادی                                            33شکل 2-2-الف تصویر یک توربین محور قائم برا                             35شکل 2-2-ب تصویر یک توربین محور افقی برا                               35شکل 2-3  نمونه ای ازتوربین بادی محور قائم و افقی                      39شکل 2-4  اجزاءتوربین بادی محور افقی                                             44شکل 2-5  شماتیک یک توربین بادی ساونیوس و مکانیزم عملکرد                                                                 47شکل 2-6  مشخصه های عملکردی یک توربین بادی ساونیوس                                                                      49شکل 2-7  توربین کلاسیک داریوس از نوع تخم مرغی شکل                                                                      50شکل 2-8 انواع روتورهای داریوس                                                                                                              50شکل 2-9  شماتیک و مکانیزم عملکرد توربین H-روتور                                                                              51شکل 3-1  شماتیک ساختمان روتور ساونیوس و عمل آن در مقابل باد                                                        55شکل 3-2 بلبرینگ استفاده شده در توربین                                                                                                  55شکل 3-3  سازه نگه‌دارنده و توربین ساونیوس ساخته شده                                                                        56شکل 3-4 ابعاد و بخش های اصلی تونل باد مادون صوت استفاده شده                                                        57شکل 3-5 تصویراز اینورتر تونل باد مادون صوت                                                                                      58شکل 3-6 فن تونل باد مادون صوت استفاده شده                                                                                       58شکل 3-7 نمودار تغییرات فشار دینامیک در عرض مقطع تست                                                                  59شکل 3-8 نمودار تغییرات پروفیل سرعت باد در عرض مقطع تست                                                            59شکل 3-9 به ترتیب از راست به چپ، بادسنج، دورسنج و گشتاورسنج استفاده شده در آزمایش                  61شکل3-10 توربین ساونیوس مورد آزمایش در تونل باد                                                                             62شکل 11-3 بررسی گشتاور توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد 5.5 متر بر ثانیه           64شکل 12-3 بررسی ضریب توان توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد 5.5 متر بر ثانیه    64شکل 13-3 بررسی گشتاور توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد  7.5 متر بر ثانیه         65شکل 14-3 بررسی ضریب توان توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد 7.5 متر بر ثانیه    65شکل 3-15- مقایسه ی نتایج تحقیق حاضر با مرجع (38)                                                                      66شکل 4-1 دامنه محاسباتی                                                                                                                   70شکل 4-2  نمای کل مش زنی در هندسه سنتی                                                                                   72شکل4-3  سلول نمونه                                                                                                                        74شکل 5-1 روند هم گرایی یکی از مدل‌ها در نرم افزار فلوئنت                                                             89شکل 5-2 تغییرات فشار استاتیک روی دو طرف پره های توربین ساونیوس                                          95شکل 5-3 توزیع تنش برشی  روی پره های روتور ساونیوس                                                               96شکل 5-4 (الف) توزیع سرعت اطراف روتور ساونیوس                                                                      97شکل 5-4 (ب) توزیع سرعت اطراف روتور ساونیوس                                                                       98شکل 5- 4 (ج) توزیع سرعت اطراف روتور ساونیوس                                                                        99  فهرست علایم و نشانه‌هاعنوان                                       علامت اختصاریچگالی هوا                                              ρسرعت زاویه­ای چرخش روتور                                ωویسکوزیته (لزجت)                                       μلزجت گردابه­ای                                          tμنرخ پراکندگی انرژی جنبشی اغتشاش                         εتوان خروجی                                             Pسرعت باد                                               Vضریب توان                                              CPنیروی لیفت (برا)                                       Lوتر ایرفویل                                            Cضریب فشار                                                                                                                  Kpتعداد پره‌های توربین                                                                                         Nbنسبت سرعت نوک پره                                                                                                λضریب توان توربین                                                                                                 Cpدبی جرمی هوا(m/s)قطر توربین(m)                                                                                                        D,dتنش لزجی(N/m2)ارتفاع توربین(m)                                                                                                    Hضریب گشتاور                                           Cmسرعت نسبی باد                                         Urelجزء نیروی لیفت (برا)                                  dFLجزء نیروی درگ (پسا)                                   dFDجزء نیروی عمود بر صفحه چرخش روتور                    dFNجزء نیروی موازی صفحه چرخش روتور                       dFTضریب لیفت (برا)                                        CLضریب درگ  (پسا)                                        CDتنش                                                     τکرنش                                                   σسطح جاروب شده توربین] m2 [                              Apضخامت                                                  Tpجابجایی (تغییر طول)                                    uنیرو                                                    fفشار استاتیک                                           Pنیروهای خارجی وارد بر جسم                              Fدینامیک سیالات محاسباتی                               CFDمعادلات ناویر-استوکس                                    NSمعادلات ناویر-استوکس متوسط­گیری شده‌ی رینولدز          RANSانرژی جنبشی اغتشاش                                      kفریم مرجع متحرک                                      MRF        فهرست مطالبفصل اول 131-1 مقدمه 141-2 منشا باد 141-3 تاریخچه باد 151-4 توزیع سرعت باد 161-5 منابع بادی 171-6 تولید باد 181-7 ضریب ظرفیت 201-8 محدودیت‌های ادواری و نفوذ 211-9 پیش‌بینی پذیری 221-10 باد و محیط زیست 221-11 انتشار آلودگی 231-12 مزارع بادی 241-12-1 استفاده از زمین 241-13 برق بادی در مقیاس‌های کوچک 251-14 پتانسیل انرژی بادی در محیط های شهری 261-15 وضعیت برق بادی در جهان 271-16 مساله مورد بحث در پایان نامه ، اهداف و نحوه انجام تحقیق 29فصل دوم 312-1 مقدمه 322-2  آیرودینامیک توربین و کمیت های تاثیرگذار در عملکرد آن 322-2-1 نیروی برا 322-2-2 نیروی پسا 332-2-3 عدد رینولدز 362-2-4 صلبیت توربین 362-2-5 ضریب سرعت نوک پره 362-2-6  بازدهی و توان توربینهای بادی 372-3 انواع توربینهای بادی 382-3-1 توربینهای محور افقی 392-3-2 توربینهای محور قائم 443-1  مقدمه 533-2  ساخت توربین 533-2-1 ساخت توربین ساونیوس 543-3  آزمایش توربین در تونل باد 573-4 نحوه ی قرار گیری توربین در تونل جهت آزمایش 623-5- نتایج آزمایش 63فصل چهارم 674-1 مقدمه 684-2  پیش پردازنده 694-3  مدل ریاضیاتی 694-4 تولید سلولهای محاسباتی 704-5 وضوح مش 734-6-  کیفیت مش 744-7 صافی یا همواری سلول ها 75فصل پنجم 765-1 مقدمه 77. 775-2 شرایط مرزی در نرم افزار فلوئنت 775-2-1 جریان خروجی و ورودی 785-2-2 شرط مرزی دیوار 795-2-3 شرط سیال 795-2-4  شرایط مرزی به کار گرفته شده 795-3 معادلات حرکت 805-5 مدلسازی جریانهای آشفته 815-6 معادلات ناویراستوکس متوسطگیری شدۀ رینولدز(RANS) 825-7 مدل  k-εاستاندارد 855-8 مدل k-ω SST 875-9 ناحیهی محاسباتی و شرایط مرزی 875-10 همگرایی حل 885-11انتخاب روشهای حل 895-12  محاسبه توان 905-13 نتایج عددی 915-13-1 بررسی استقلال از شبکه 915-13-2 مقایسه نتایج عددی با آزمایشگاهی 925-13-3 توزیع فشار 935-13-4  توزیع تنش برشی 945-13-5 کانتورهای سرعت 97فصل ششم 1006-1 نتیجه گیری 1016-2 پیشنهادات 101مراجع 103  فصل اول مقدمه    1-1 مقدمه                                                                                                                                                                                                                                 با توجه به تمایل جهانی برای کاهش گازهای گلخانه ای و تامین انرژی پایدار که پاسخگوی نیاز روزافزون بشر به انواع انرژی باشد، تلاش های بسیاری در جهت توسعه انرژی های تجدیدپذیر در دست انجام است. انرژی بادی به عنوان یکی از قابل اعتماد ترین انواع انرژی دارای پیشینه ای کهن بوده که در چند دهه اخیر به منظور ساخت نیروگاه های عظیم استفاده از آن رونق چشمگیری داشته است. این امر موجب شده تا مطالعات زیادی بروی انواع توربین های بادی انجام شود. در این فصل مقدمه ای از انرژی باد و برخی مفاهیم کاربردی و مورد نیاز راجع به برق بادی و مزارع بادی توضیح داده می شوند. همچنین به وضعیت ظرفیت نیروگاه های بادی نصب شده در جهان از گذشته تا کنون و همچنین پیش بینی وضعیت برق بادی تا سال 2017 نگاهی خواهیم داشت. در پایان نیز به شرح و تفصیل هدف از انجام این پایان نامه و نیز فصل های موجود در آن خواهیم پرداخت.تعداد صفحه : 112قیمت : 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