Title of article :
Three-dimensional Numerical Study of the Performance of a Small Combined Savonius-Darrieus Vertical Wind Turbine
Author/Authors :
Nemati, A. School of Mechanical Engineering - Iran University of Science and Technology - Tehran, Iran
Abstract :
Energy crisis and global warming have encouraged the use of renewable energy resources such as wind power. Among different types of wind turbines, vertical axis wind turbines can be easily installed in residential areas. In this study, a computational fluid dynamics analysis was performed to predict the performance characteristics of three configurations of small vertical axis wind turbines. For this purpose, an shear stress transport k-omega turbulent model and a rotating frame of reference were employed. Initially, a Savonius and a Darrieus wind turbine were simulated; the low power coefficient of the Savonius wind turbine and the poor performance of the Darrieus wind turbine in low tip speed ratios were the main disadvantages of these systems. Finally, a combined Savonius-Darrieus wind turbine was proposed to deal with these drawbacks. The power coefficient of this combined wind turbines was nearly as high as the Darrieus wind turbine (0.3), while the Savonius blades recover the low torque obtained at low tip speed ratios and help produce more consistent torque, making it suitable for residential applications.
Farsi abstract :
در سال هاي اخير، بحران انرژي و گرمايش جهاني موجب توجه روزافزون به انرژي هاي نو مانند انرژي باد شده است. در بين انواع مختلف توربين هاي بادي، استفاده از توربين هاي بادي عمود محور براي تامين انرژي مناطق مسكوني بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، از يك شبيه سازي عددي سه بعدي براي پيش بيني عملكرد سه نوع توربين بادي كوچك عمود محور استفاده شده است. جهت اين كار از يك چارچوب مرجع چرخان و مدل توربولانسي SST-K-omega بهره برده شده است. ابتدا توربين هاي نوع ساوونيوس و داريوس شبيه سازي شد كه بازده پايين توربين ساوونيوس و عملكرد نامناسب نوع داريوس به علت سرعت نوك پره پايين به عنوان
مشكلات اصلي اين توربينها شناسايي شدند. در نهايت، يك طرح پيشنهادي به صورت توربين تركيبي از نوع ساوونيوس-داريوس ارائه گرديد كه علاوه بر بازده نزديك به نوع داريوس ( 3 / 0)، پره هاي ساوونيوس آن ميزان گشتاور توليد شده را در سرعتهاي نوك پره پايين افزايش ميدهد تا با توليد يك گشتاور يكنواخت در سرعت هاي باد پايين و مناطق مسكوني قابل استفاده باشد.
Keywords :
Combined Savonius-Darrieus , Darrieus , Numerical Simulation , Savonius , Vertical Axis Wind Turbine
Journal title :
Iranian Journal of Energy and Environment