بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه به بررسی تاثیر دیفیوزر لبهدار با هندسههای متفاوت، حاصل از :1 نسبتهای متفاوت ارتفاع لبه دیفیوزر به قطر توربین:2 h/d زاویه دیواره دیفیوزر نسبت به محور افقی :3 طولهای متفاوت دیفیوزرL، بر راندمان یک توربین جزر و مدی محور افقی پرداخته شده است و به این منظور از یک شبیه سازی CFD دو بعدی برای تحلیل جریان اطراف دیفیوزر استفاده شده است. شیبهسازی هندسی مدل توسط نرم افزار گمبیت انجام گرفته و آنالیز میدان جریان توسط نرم افزارتجاری فلوئنت صورت گرفته است.
در این محاسبات مدل توربلانسی K- SST و الگوریتم محاسباتی سیمپل مورد استفاده قرار گرفته است و از مدل دیسک عملگر متخلل جهت مدل کردن توربین استفاده شده است .نتایج, افزایش چشمگیری در سرعت جریان ورودی به توربین را از 1.3 تا حدودا1.8برابرنشان می دهد .این مطالعه نشان می دهد که راندمان توربین به ارتفاع لبه دیفیوزر,طول دیفیوزروزاویه توربین وابسته است به صورتی که با افزایش لبه دیفیوزر ,افزایش زاویه دیفیوزر وکاهش طول دیفیوزر, سرعت ورودی سیال و در نتیجه راندمان افزایش می یابد .
مقدمه
انرژی دریایی یا اقیانوسی، یکی از انواع انرژی های تجدید پذیر است که در کنار منابع دیگری نظیر انرژی خورشیدی و باد، مورد توجه قرار گرفته است. انرژی امواج و انرژی جزر و مد را میتوان مهمترین زیر مجموعه انرژیهای دریایی به شمار آورد. توربینهای جزرومدی به عنوان استخراج کننده انرژی جریان جزر و مدی همواره مورد توجه قرار گرفته و پژوهشهایی به منظور بهبود راندمان این نوع توربینها انجام گرفته و در حال انجام میباشد.
در این پژوهش نیز به منظور بررسی بهبود راندمان توربین جزر و مدی افقی، تاثیر انتشار دهنده بر افزایش عملکرد توربین جریان جزر و مدی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین صورت که یک پوشش انتشاردهنده با لبه بزرگ انتهایی با نسبت های مختلف و با طولهای مختلف و همچنین در زوایای مختلف مورد بررسی قرار گرفت.
با توجه به شباهت بسیار زیادتوربین های بادی محورافقی با توربین های جزرومدی محور افقی, بسیاری از تئوری ها و مدلهایی که برای توربین های بادی محور افقی بکار برده میشود، برای توربین های جزرو مدی محور افقی نیز، مورد استفاده قرار میگیرد. پیش از این، پژوهشهای بسیاری درزمینه بررسی دیفیوزرهای لبه دار با هندسهها و زاویای متفاوت برای توربینهای بادی انجام گرفته است که نتایج بسیار رضایت بخشی در راندمان خروجی انها مشاهده شده است.
لیلی و ریلبرد یک مطالعه تئوریکال در مورد یک توربین که در داکت قرار گرفته بود انجام دادند که نتیجه ای که بدست اوردن توان خروجی 65 درصد بیشتر از توان خروجی توربین بدون داکت بود.
فورمن یک مطالعه فنی و اقتصادی در مورد توربین بادی دارای دیفیوزر انجام داد و انچه حاصل شد توان دو برابری توربین دارای دیفیوزر در مقایسه نمونه بدون دیفیوزر ان بود
آب و اوحیا به مطالعه میدان جریان اطراف دیفیوزر لبه دار توربین بادی پرداختند که نتایج کار انها حاکی از افزایش 4 برابری توان خروجی در مقایسه با توربین بدون دیفیوزر بود.
ماتسوشیما به مطالعه عددی و ازمایشگاهی اثرات یک دیفیوزر هرم مانند بر توان خروجی توربین بادی سایز کوچک پرداخت و نتایجش نشان داد دیفیوزر مربوطه باعث افزایش سرعت در ورودی توربین 1.7برابر نسبت توربین بدون دیفیوزر شده است و این به معنای افزایش توان خروجی توربین است
کاردوس یک شبیه سازی عددی به منظور فهم بهتر از اثرات ارتفاع لبه دیفیوزر در افزایش سرعت ورودی باد به توربین به کار گرفت و نشان داد لبه دارکردن دیفیوزر به افزایش سرعت در ورودی توربین کمک شایانی میکند. [5]
دراین مقاله با استفاده از هندسه های متفاوت دیفیوزر که از
:1 نسبت های متفاوت ارتفاع لبه دیفیوزربه قطر توربین h/d
:2 زاویه دیواره دیفیوزر نسبت به محور افقی
:3 طول های متفاوت دیفیوزرL بدست میاد - شکل - 1
راندمان یک توربین جزرو مدی محور افقی را مورد بررسی قرارمی دهیم . هندسه های متفاوت در 4 سری تقسیم بندی شده اند .سری اول طول دیفیوزر L=0.3m وزاویه دیفیوزر=4 ونسبت های متفاوت 1 , 0 .5 , 0.250 , 0.125 : h/d سری دوم زاویه را از 4 درجه به 8 درجه تغییر داده ایم تاتاثیر این پارامتر را بررسی کنیم نهایتا در سری سوم و چهارم با تغییر طول دیفیوزر L به0.15 و0.1 متر به بررسی این پارامتر در بهبود راندمان توربین نیز پرداخته می شود .شبیه سازی هندسی مدل توسط نرم افزار گمبیت انجام گرفته و انالیز میدان جریان توسط نرم افزارتجاری فلوئنت FLUENT صورت گرفته است .در این محاسبات مدل توربلانسی K- SST و الگوریتم محاسباتی سیمپل SIMPLE مورد استفاده قرار گرفته است و از مدل دیسک عملگرمتخلل جهت مدل کردن توربین استفاده شده است.
شکل :1 مدل هندسه ای مورد استفاده
معادلات حاکم
معادلات ناویر استوکس
معادلات ناویراستوکس، یک مدل ریاضی کامل برای سیال ارائه میدهند. به دلیل پیچیده بودن این معادلات در فرم کامل ناویراستوکس، حل تحلیلی غیرممکن است، بنابراین روشهای عددی به کمک رایانه بهترین گزینه برای حل بخشی از این معادلات میباشند. پیشرفت سریع در زمینه تکنولوژی رایانه در چند دهه اخیر باعث استفاده گسترده دینامیک سیالات محاسباتی در حل عددی مسائل جریان سیال شده است. با توجه به اینکه تمامی حل کننده های معادلات سادهشده ناویراستوکس نیازمند زمان پردازش و حافظه زیادی میباشند، بنابراین مقداری ساده سازی در حل این معادلات ناویراستوکس برای کاهش منابع محاسباتی مورد احتیاج، لازم است.
معادله پیوستگی
اصل اساسی که از آن در مکانیک سیالات استفاده میشود اصل بقاء جرم است. این اصل بیان میدارد که جرم نه تولید میشود و نه از بین میرود و توسط معادله پیوستگی بیان میشود
