تحليل توربين بادي داراي كانال با استفاده از روش جريان پتانسيل

Investigation of ducted wind turbine using potential flow method

در پژوهش‌هاي مرتبط با توربين‌هاي داراي كانال به‌منظور لحاظ كردن اثرات كانال، روند حل اغلب وابسته به پارامترهاي برخاسته از تست‌هاي تجربي و يا ديناميك سيالات محاسباتي است. در پژوهش حاضر هدف ارائه روشي به منظور در نظرگرفتن اثرات كانال جريان و همچنين هاب توربين بر عملكرد توربين بادي، بدون نياز به تست‌هاي هزينه‌بر تجربي و شبيه‌سازي‌هاي عددي زمان‌بر است. بدين منظور از روش جريان پتانسيل استفاده مي‌شود و تنها ضرايب برآ و پسا به عنوان ورودي مساله در نظر گرفته مي‌شوند. روش گردابه‌هاي سطح و تئوري خط برآزا بر پايه قانون بايوت-ساوارات به عنوان روش‌هاي عددي به منظور تحليل عملكرد توربين بادي محور افقي داراي كانال استفاده شده‌اند. با استفاده از نرم افزار متلب الگوريتم ارائه‌شده برنامه‌نويسي شده‌‌است. اعتبارسنجي روش با استفاده از نتايج تجربي توربين بادي محور افقي داراي كانال دانكي انجام شده‌‌است. نتايج بدست آمده تطابق قابل قبولي با نتايج تجربي موجود در مراجع دارند. به منظور نشان دادن تاثير كانال بر عملكرد توربين بادي، توان خروجي توربين داراي كانال با توان خروجي همان توربين در حالت بدون كانال مقايسه شده‌است. منحني توان نشان‌دهنده افزايش توان خروجي در حالت داراي كانال است.

In researches on ducted wind turbines, in order to consider the effects of the duct, the solution process is dependent on parameters which arise from experimental tests or computational fluid dynamics. In the present study, our goal is to present a method for considering the effects of the duct and hub on the wind turbine enclosed in a duct without the need for costly experimental tests or time-consuming numerical simulations. For this purpose, the potential flow method which requires only lifts and drag coefficients as input parameters is used. The surface vorticity method and the lifting line theory based on the Biot-Savart law are implemented as a numerical method to analyze the performance of the ducted horizontal axis wind turbine. The proposed method is programmed in the MATLAB software. The validation is carried out with experimental result of the DONQI horizontal axis wind turbine. The results are in good agreement with experimental data in the literature. The output power of the ducted wind turbine is compared to the same bare wind turbine to show the effect of the duct on the performance of the wind turbine. The power curve illustrates that the ducted wind turbine produces more power than an unducted wind turbine in the same condition.