بخشی از مقاله
چکیده
در مقاله ارائه شده تاثیر کنترل خودکار بر توان تولیدی توربین های مختلف توسط تئوری و آزمایش های انجام گرفته در آزمایشگاه ها بررسی و نتایج ارائه شده است. قسمت های مختلف این تحقیق به بررسی کنترل جوی، میزان اثر گذاری بر توان توربین بادی، تاثیر چیدمان توربین های بر ایجاد اغتشاش و فاصله مناسب برای نصب توربین ها در یک مزرعه پرداخته است.
در ادامه نتایج آزمایشگاهی کنترل بر عملکرد توربین های بادی کوچک و توربین های بادی سرعت متغیر در جریان مغشوش بیان شده است. عمده نتایج بر مثبت بودن وجود اغتشاش در جریان به واسطه افزایش سرعت باد ،افزایش توان تولیدی و کارآفرینی تاکید دارند که البته در مواردی محدودیت هایی را نیز به همراه دارد..
مقدمه
بهره برداری از انرژی باد توسط توربینهای بادی تفکر بسیار قدیمی می باشد. امروزه گستره فعالیتها و کاربرد توربینهای بادی طیف وسیعی از صنایع را تحت پوشش قرار می دهد . توربین های بادی از نظر ظاهر عملکرد و نحوه قرار گیری محور روتور آنها به دو نوع توربین ها با محور چرخش عمودی - - VAWT و توربین ها با محور چرخش افقی - - HAWT تقسیم بندی می شوند. راندمان نوع افقی توربینها بالاتر می باشد و استفاده از آنها رایج تر می باشد، اما هزینه تولید آنها بالا بوده و مکانیزم ساختاری پیچیده تری را دار می باشند. در دیگر دیدگاه توربینها به دو دسته توربینهای سرعت ثابت - - FS و سرعت متغیر - - VS تقسیم بندی می شوند.
پیشبینی عملکرد آیرودینامیک توربین بادی در ارزیابی تولید توان از طراحی های مختلف، مهم می نماید. همچنین مشخص می کند که استحکام و مقاومت خستگی توربین تا چه مقدار برای داشتن عمر طراحی، کافی است. باد در بعضی نقاط اغلب قویتر از دیگر مناطق وزیده می شود، همچنین در بعضی از ماه های سال، در بعضی ساعات روز نیز قویتر وزیده شده و گاهی اوقات اصلا دمیده نمی شود.
باد تنها در سطح زمین تغییر نمی کند بلکه در بالای زمین نیز شکل و قدرت نامشخصی دارد. این امر به صورت ساده توربولانس نامیده می شود. اهمیت شناخت توربولانس باد برای مهندسی توربین باد به علت اینکه توربولانس ایجاد حالات تصادفی نیروی نوسانی و تنش های نوسانی بر روی کل سازه که خود منجر به نوسان قدرت و خستگی توربین باد خواهد شد، واضح می باشد. انگیزه مطالعه اغتشاش جوی توسط مهندسان توربین بادی نیز در نتیجه شبیه به طراحان ساختمانها، پل ها و دیگر سازه های مهندسی عمران می باشد.
در اینجا هدف بررسی عوامل گوناگون ایجاد اغتشاش و بررسی های انجام گرفته بر میزان اثر هر یک از این اغتشاشات بر توان تولیدی توربین بادی می باشد.
بررسی اثر توربین بادی بر جریان هوا در پایین دست جریان:
جریان گردبادی در توربین های بادی شامل گردباد نزدیک و گردباد دور می باشد. اختلاف بین این دو نوع جریان گردبادی مربوط به تابع توزیع چگالی اغتشاش در محدوده جریان هوا می باشد.ا شبیه سازی جریان سیال و آزمایش های انجام گرفته نشان می دهد که هر پره توربین حلقه ای از گردبادها را تولید می کند که به واسطه پدیده جریان گردبادی و در اثر جریان محوری و جریان چرخشی در پشت تورین انتقال می یابند، علاوه بر گردبادهای شدید که در نوک پره های توربین ایجاد می شوند، گردبادهایی نیز در محل توپی ایجاد و به پشت توربین جابجا می گردند.
تمامی این گردبادها و ایجاد اغتشاش ناشی از اجزای مکانیکی توربین در منطقه گردباد، معمولا در فاصله ٌ تا َ برابر قطر روتور در پشت توربین پراکنده و در هم ادغام و در جریان های اصلی پراکنده می شود. اغلب ماهیت پریودیکی جریان در منطقه گردبادی نزدیک از بین می رود.
اغتشاش و جریان گردبادی تولید شده از دور روتور توربین در منطقه گردباد نزدیک پخش و در منطقه گردباد دور توزیع می شود. اختلاط جریان محوری آرام و گردباد توربین با جریان آزاد هوا به تدریج جریان باد را تقویت خواهد کرد. حلقه گردباد ناشی از گردبادهای نوک پره ها به یک حلقه توخال در منطقه گردباد دور ادامه یافته تا اغتشاش تولیدی توربین و کمبود سرعت با توجه به جریان آزاد محور گردد. مدل هایی که برای تحلیل جریان های گردبادی ارائه گردیده مدل های نیمه تجربی، مدلهای مربوط به ناهمواری سطح زمین، مدل های مبتنی بر لزجت اغتشاش، مدل های مبتنی بر حل کامل معادله ناویر استوکس است
بر اساس تحقیقات صورت گرفته با افزایش فاصله از توربین فاصله کانتورهای سرعت بدست آمده از شبیه سازی نرم افزاری جریان هوا بر روی توربین، از هم زیاد می شود. این افزایش فاصله کانتور ها به معنی کاهش Wake و از بین رفتن آن با افزایش فاصه در پشت توربین می شود. در نتیجه فاصله َ تا ًٌ برابر قطر روتور در پشت توربین بادی فاصله مناسبی برای نصب توربین بعدی می باشد تا از کاهش راندمان واثر خستگی بر اثر Wake بر روی توربین بادی در پایین دست جریان جلوگیری نماید
بررسی اغتشاش بر مکانیزم واماندگی در توربینهای بادی
جهت بررسی میزان تاثیر اغتشاش بر ایجاد واماندگی در پرهای و در نتیجه تاثیر بر بازده توربین بادی مجموعه آزمایشاتی را در تونل باد انجام داده است. تستها در تونل باد Lucien Malavard - شکلٌ - انجام گرفته اند. دو مقطع برای تست وجود دارد
خواص آیرودینامیک در اینجا برای ایرفول توربین بادی بررسی گردیده است. به ویژه تاثیر میزان اغتشاش - ِ؟ُ% تا ٌٍ% - بر روی مکانیزم واماندگی بر روی تیغه ها بررسی گردید. یک روش موضعی برای بررسی تاثیر این پارامترها بر موقعیت نقطه جدایش در سطح مکنده ایروفول استفاده شد. و این امر توسط اندازه گیری فشار متقارن سطحی اطراف ایرفول انجام گرفته است.
