شبیه سازی، بهینه سازی و طراحی توربین بادی پارسی نوین
چکیده
استفاده از توربین بادی در مناطق شهری برای تولید برق به ویژه بر روی ساختمان ها روش نوینی است که طی چند سال اخیر مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. اگرچه پتانسیل باد در شهر کمتر از مقدار موجود در مناطق فراساحلی و خارج از محیط شهری بوده، ولی مواردی مانند استفاده مستقیم و بدون نیاز به شبکه از انرژی الکتریکی و حذف تلفات انتقال انرژی سبب تمایل بیشتر متخصصین برای گسترش این صنعت شده است. در بین توربین های بادی موجود، استفاده از توربین های محور قائم در ساختمان ها به علت عدم تاثیرپذیری در برابر تغییرات جهت باد، سازگاری با معماری ساختمان و عملکرد بهینه در مقابل جریان مغشوش باد مناسب می باشد. تاریخچه توربین های محور قائم به قرن ها پیش باز می گردد که در ابتدا ایرانیان از توربینی محور قائم موسوم به پرشین برای مصارف کشاورزی استفاده می کردند. در این پژوهش با حفظ مشخصه های اصلی توربین بادی پرشین از قبیل قائم بودن محور و برخورداری از دیواره هدایتگر جریان، الگوی نوین و اصلاح یافته با قابلیت تولید برق در محیط های شهری که نسبت به نمونه های رایج بهینه می باشد، طراحی شده است. بدین منظور یک توربین محور قائم از نوع پسا (drag) طراحی شده و با استفاده از اصول دینامیک محاسباتی سیالات (cfd) مورد تحلیل قرار گرفته است. شبیه سازی مذکور به کمک نرم افزار fluent6.3 با استفاده از مدل k-? استاندارد با استفاده از روش محورهای مختصات مرجع چندگانه (mrf)انجام شده است. نظر به اینکه در این پژوهش بهینه سازی توربین مدنظر بوده است، بازده توربین بادی که توسط کمیتی به نام ضریب توان (cp) محاسبه می شود معیار طراحی در نظر گرفته شده است. عملکرد توربین طراحی شده به دو شیوه شبیه سازی به روش cfd و دیگری با تحلیل نتایج آزمایشگاهی نمونه در تونل باد تعیین شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که بارده بیشینه توربین طراحی شده 43% است. در حالیکه نتایج آزمایش در تونل باد بازده بیشینه 39/0 را در سرعت باد 8 متر بر ثانیه ارائه نموده است. میزان انحراف نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی در این پژوهش 3/9% برآورد شده است.