تحلیل آیرودینامیکی یک توربین بادی 660 کیلوواتی به روش المان مرزی و ارزیابی مشخصات عملکردی آن

در پژوهش حاضر توربین بادی 660 کیلوواتی محور افقی وستاس با طول پره 3/22 متر و طول وتر بیشینه 0785/2 متر که هم‏اکنون در نیروگاه بادی بینالود در حال بهره برداری است، به روش المان مرزی در دو حالت پایا و ناپایا مورد تجزیه و تحلیل آیرودینامیکی قرار گرفته است. برای این منظور با استفاده از هندسه نقاط روی پره که از روی نمونه واقعی اسکن شده است، مدل هندسی پره با استفاده از نرم‏افزار کتیا ایجاد شده است. برای شبیه‏سازی میدان جریان به روش المان مرزی، با فرض عدم لزجت و جریان پتانسیل، معادله انتگرال مرزی مربوطه حل شده است. به منظور مدل‏‏سازی دنباله پشت پره، یک الگوی مارپیچی صلب استفاده شده که با فیزیک واقعی دنباله مطابقت می‏کند. حل عددی در حالت ناپایا بر اساس روش گام‏بندی زمانی بوده که در هر مرحله دنباله پره طبق یک الگوی صلب گسترش و توسعه یافته و تأثیرات آن در هر مرحله در محاسبات اعمال می‏شود. به منظور شبیه‏سازی دقیق‏تر میدان جریان، الگوریتم برنامه قابلیت اعمال تغییرات آنی سرعت را دارد؛ در نتیجه شرط مرزی در طی زمان تغییر می‏کند. برنامه محاسباتی ارائه شده ضرایب و کانتورهای فشار، نیروهای آیرودینامیکی، گشتاور و توان خروجی توربین را در دو حالت پایا و ناپایا محاسبه و نمایش می‏دهد. با استفاده از نحوه تغییرات توان با سرعت باد، منحنی عملکردی توربین حاضر استخراج شده است. مقایسه نتایج تجربی عملکرد توربین با مقادیر عددی، نشان‏دهنده کارایی بالای روش المان مرزی در تحلیل آیرودینامیکی توربین‏های بادی است. هم‏چنین، نتایج نشان می‏دهد تحلیل جریان پیچیده سه‏بعدی حول چرخانه در حالت ناپایا به مراتب الگوی کامل‏تری نسبت به حالت پایا ارائه می‏دهد.