بخشی از مقاله
چکیده: در این مقاله روش طراحی دماغه مخروطی شکل هاب توربین باد 250 کیلووات مورد بررسی قرار میگیرد. دماغهها با ابعاد گوناگون برای دستیابی به L/D - نسبت ظرافت - بالا و مقدار مناسب ضریب درگ طراحی شده اند. ملاحظات هندسی جهت بکارگیری دماغهها در یک توربین باد نیز لحاظ شده است. نتایج نشان میدهد که دماغههای سری توانی،سری هاک،سری سهموی - 0/5 - ضریب درگ مناسبی دارند . در این گزارش شکل دماغههایی که از ضریب درگ مناسبی برخوردارهستند با L/D های متفاوت رسم میشود. در نهایت هندسههای مطلوب انتخاب می شود.
-1 مقدمه
منابع محدود انرژی های فسیلی از یک طرف و الودگی ایجادشده ناشی از مصرف آن در محیط زندگی انسان سبب شده تا در دهه اخیر بشر به فکر تامین انرژی خود از منابع دیگری باشد، در این زمینه ایده ذخیره سازی و استفاده از انرژی های تجدیدپذیر موجود در طبیعت به شدت مورد توجه قرار گرفته است. این نوع از انرژی از آن جهت مفید است که نه تنها الودگی ایجاد نمیکند و در رسته انرژی های پاک قرار میگیرد، بلکه منابع آن نامحدود بوده و میتوان گفت عمر آنها به اندازه عمر زندگی بشر بر روی کره زمین است.
در میان انرژیهای تجدیدپذیر، انرژی باد به دلیل در دسترس بودن در تمام مناطق و تمام فصول و نیازمندی به تکنولوژی سادهتر جهت ذخیره سازی از اهمیت خاصی برخوردار بوده و استفاده آن قدمت بیشتری نسبت به سایر انرژی های پاک دارد. پژوهش های زیادی در زمینه مدلسازی توربین های بادی انجام گرفته است که از جمله می توان به پژوهش جعفریار و همکاران[1] اشاره کرد که به بهینه سازی پره های توربین بادی به صورت عددی پرداختند. هاوول و همکاران [2] در مطاله آزمایشگاهی، تاثیر صافی سطح پره و همچنین تعداد پره ها، بر عملکرد نوع دیگری از توربین محور عمودی جریان متقاطع کوچک ، را نشان دادند.
در تحقیق دیگری توسط ویلکس [3]، توربینهای افقی با توربینهای محور عمودی از نقطه نظر صدای تولیدی بررسی و با هم مقایسه شده و مشخص شد توربینهای محور عمودی صدای کمتری تولید میکنند. بعلاوه طبق پژوهش استیون پیس [4] بعلت مزایای توربین محور عمودی نسبت به افقی، آینده انرژی بادی به سمت توربینهای محور عمودی معطوف است و نیز این توربینها قابلیت تولید در مقیاس بزرگتر و مساحت جاروب شده بیشتر، و در نتیجه توان انرژی بیشتری دارند.
کاستلی و همکاران [5]، در بررسی عددی، توربین داریوس با پره متقارن را شبیه سازی کردند. در شبه سازی انجام شده توسط آنها برای حل معادلات جریان از مدل دو معادله ای کی-اپسیلون ریلیزبل استفاده شده است. آنها در مطالعه خود از حوزه حل بسیار بزرگ و تعداد شبکه بالا استفاده کردند. با توجه به پژوهش های ارایه شده و اهمیت مدلسازی های عددی از جمله کاهش هزینه ها و افزایش سرعت در مشاهده و تحلیل پدیده های فیزیکی؛ در این مقاله سعی بر این شده است که اصول طراحی و پارامتری دماغه هاب یک توربین بادی 250 کیلو.واتی جهت استفاده در محاسبات شبیه سازی ارائه گردد.
2-1مزایای توربین های بادی
1. این توربین ها قابلیت طراحی برای مصارف کوچک و بزرگ را دارا می باشند. این به این معنی میباشد که این توربینها قادر به تامین برق یک خانه یا کارخانه هستند.
2. تکنولوژی این توربینها قابلیت انتقال به همه کشورها را دارند و مانند انرژیهای هستهای و دیگر انرژی های خاص محدودیت انتقال ندارند.
3. این توربینها به دلیل قابلیت نصب در بیشتر مکانها قابلیت برق دهی به روستاها و مزرعه های کشاورزی که از برق محروم هستند را دارند.
3-1اجزاءاصلی توربین بادی
یک توربین بادی از سه بخش اصلی شامل روتور، ناسل و تاور تشکیل شده است، که هاب جزئی از روتور به شمار میرود. هاب: هاب یا توپی که معمولا به صورت ریختهگری و از جنس چدن تولید می شود یکی از سنگین ترین قطعات توربین های بادی به حساب میآید. هاب یک توربین بادی 2 مگاواتی، معمولا بین 8 تا10 تن وزن خواهد داشت. طراحی هاب به نحوی است که صلب باشد و بتواند به عنوان جاذب لرزش عمل نماید. این توپی عظیم - هاب - توسط قطعه ای دیگر به نام دماغه - nose cone - پوشیده شده است. اگر چه در طراحی دماغه ذوق هنری و زیباشناختی ضروری است، اما وظیفه اصلی آن حفاظت از هاب در مقابل شرایط محیطی است، جنس این دماغه از مواد مرکب و بسیار شبیه به جنس پرهها است.
دماغه: دماغهء توربین بادی جهت پوشش قسمتهای اتصالی پره ها به ناسل به کار رفته و با توجه به طراحی زیبای ظاهری شرایط مطلوب عبور باد را در آن منطقه مناسب فراهم می سازد. طراحی دماغه در محدوده مطالعات سیالات تراکم ناپذیر قرار میگیرد. طراحی ابعادی دماغه نقش اساسی در بهینه سازی سیستم دارد. اکثر کاربردهای طراحی به گونهای است که مقاومت ایجاد شده در مقابل حرکت با سرعت بالا را در محیط سیال مینیمم می کند.
