طراحی و تحلیل یک توربین بادی یک کیلوواتی محور عمودی داریوس با پرههای مستقیم کامپوزیتی | ||
| مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
| دوره 15، شماره 1، فروردین و اردیبهشت 1404، صفحه 1-17 اصل مقاله (1.76 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2025.15556.3929 | ||
| نویسندگان | ||
| امیرحسین دلواری احمدپور1؛ محمود مهرداد شکریه* 2 | ||
| 1کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران | ||
| 2استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| امروزه، تولید انرژی از منابع پاک از قبیل باد، بیشازپیش موردتوجه پژوهشگران و صنعتگران است. توربینهای بادی محور عمودی، یکی از انواع توربینهای بادی است که اغلب برای مصارف شهری و کمتوان استفاده میشود. هدف از انجام مطالعه حاضر، طراحی و تحلیل یک توربین بادی محور عمودی است. در این مطالعه، برای منطقهای با سرعت باد میانگین ده متر بر ثانیه، توربینی یک کیلوواتی از نوع محور عمودی داریوس با پرههای مستقیم، طراحی ایرودینامیکی-مفهومی شد. با مشخص شدن ابعاد و هندسه توربین، با استفاده از روش تحلیلی و استفاده از کد پریکامپ طراحی سازهای و لایهچینی کامپوزیتی پره، برای تحمل نیروی ناشی از باد شدید با حفظ سبکی پره انجام شد. این توربین یک کیلوواتی، دارای قطر روتور 2/5 متر، سه پره، سرعت دورانی 240 دور بر دقیقه، ارتفاع پره 18/2 متر، طول وتر 0/11 متر و ایرفویل DU06-W-200 است. پره، شامل لایهچینی کامپوزیتی مناسب در بخشهای مختلف از مواد کامپوزیتی تکجهته و دوجهته، هسته، لایه پیوندی و ژلکوت در نظر گرفته شد. جرم هر پره حدود 600 گرم است که از مزایای به کاربردن مواد کامپوزیتی در آن است. طراحی سازهای انجامشده با روش اجزای محدود، با اختلاف 3% تایید شد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| توربین بادی محور عمودی داریوس؛ طراحی ایرودینامیکی-مفهومی؛ طراحی سازهای؛ روش اجزای محدود؛ مواد کامپوزیتی | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] Brøndsted P, Nijssen R, Goutianos S (2023) Advances in Wind Turbine Blade Design and Materials. Woodhead Publishing.
[2] Hau E, von Renouard H (2006) Wind Turbines. Springer Berlin Heidelberg.
[3] Ghorani MM, Karimi B, Mirghavami SM, Saboohi Z (2023) A numerical study on the feasibility of electricity production using an optimized wind delivery system (Invelox) integrated with a Horizontal axis wind turbine (HAWT). Energy 268: 126643.
[4] Mohamed RR (2017) A Review on Vertical and Horizontal Axis Wind Turbine. Int. Res. J. Eng. Technol. Sept: 247–250.
[5] Castellani F, Astolfi D, Peppoloni M, Natili F, Buttà D, Hirschl A (2019) Experimental Vibration Analysis of a Small Scale Vertical Wind Energy System for Residential Use. Machines 7: 35.
[6] Marsh P, Ranmuthugala D, Penesis I, Thomas G (2015) Numerical investigation of the influence of blade helicity on the performance characteristics of vertical axis tidal turbines. Renew. Energy 81: 926–935.
[7] Sun M, et al. (2024) A novel small-scale H-type Darrieus vertical axis wind turbine manufactured of carbon fiber reinforced composites. Renew. Energy 238: 121923.
[8] Xue P, Wan Y, Takahashi J, Akimoto H (2024) Structural optimization using a genetic algorithm aiming for the minimum mass of vertical axis wind turbines using composite materials. Heliyon 10(12): e33185.
[9] Wang L, Kolios A, Nishino T, Delafin PL, Bird T (2016) Structural optimisation of vertical-axis wind turbine composite blades based on finite element analysis and genetic algorithm. Compos. Struct. 153: 123–138.
[10] Castro D, Pertuz A, León-Becerra J (2022) Mechanical behavior analysis of a vertical axis wind turbine blade made with fique-epoxy composite using FEM. Procedia Comput. Sci. 203: 310–317.
[11] Rezaeiha A, Montazeri H, Blocken B (2018) Towards optimal aerodynamic design of vertical axis wind turbines: Impact of solidity and number of blades. Energy 165: 1129–1148.
[12] Hand BP, Kelly G, Cashman A (2021) Aerodynamic design and performance parameters of a lift-type vertical axis wind turbine: A comprehensive review. Renew. Sustain. Energy Rev. 139: 110699.
[13] Hand BP, Cashman A (2017) Conceptual design of a large-scale floating offshore vertical axis wind turbine. Energy Procedia 142: 150–157.
[14] Rezaeiha A, Kalkman I, Blocken B (2017) Effect of pitch angle on power performance and aerodynamics of a vertical axis wind turbine. Appl. Energy 197: 132–150.
[15] Battisti L, et al. (2018) Experimental benchmark data for H-shaped and troposkien VAWT architectures. Renew. Energy 125: 98–110.
[16] Lee S-L (2021) Active vibration suppression of wind turbine blades integrated with piezoelectric sensors. Sci. Eng. Compos. Mater. 28: 402–414.
[17] Fraile CW (2020) Accelerating Wind Turbine Blade Circularity. Themat. reports May: 11–13.
[18] Bir G, Lawson M, Li Ye (2011) Structural Design of a Horizontal-Axis Tidal Current Turbine Composite Blade. J. Sol. Energy Eng. 133: 1–5.
[19] Leong M, Overgaard LCT, Thomsen O, Lund E, Daniel I (2012) Investigation of failure mechanisms in GFRP sandwich structures with face sheet wrinkle defects used for wind turbine blades. Compos. Struct. 94: 1501–1513.
[20] Miao W, et al. (2023) Recommendation for strut designs of vertical axis wind turbines: Effects of strut profiles and connecting configurations on the aerodynamic performance. Energy Convers. Manag. 276: 116436.
[21] IEC (2005) IEC 61400-1: Wind Turbines – Part 1: Design Requirements. Int. Electrotech. Comm.
[22] Germanischer L (2010) DNV Standard GL. IV - Rules and Guideline Industrial Services. Guidel. Certif. offshore Wind turbines. Hamburg: DNV. Available: www.gl-group.com/GLRenewables.
[23] Bir G (2001) Computerized Method for Preliminary Structural Design of Composite Wind Turbine Blades. J. Sol. Energy Eng. 123: 345–358.
[24] Bir G (2005) User’s Guide to PreComp (Pre-Processor for Computing Composite Blade Properties). National Renewable Energy Lab.
[25] NREL (2024) PreComp. Available: https://www.nrel.gov/wind/nwtc/precomp.html.
[26] Dassault Systèmes (2016) Abaqus Analysis User’s Guide Volume II. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 823 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 694 |
||
