كنترل فعال جريان روي پره ي توربين باد محوري عمودي داريوس با استفاده از عملگر پلاسما

A‌C‌T‌I‌V‌E F‌L‌O‌W C‌O‌N‌T‌R‌O‌L I‌N D‌A‌R‌R‌I‌E‌U‌S W‌I‌N‌D T‌U‌R‌B‌I‌N‌E B‌L‌A‌D‌E U‌S‌I‌N‌G P‌L‌A‌S‌M‌A A‌C‌T‌U‌A‌T‌O‌R

يكي از مشكلات اصلي توربين باد محور عمودي داريوس كه باعث كاهش راندمان آن‌ها شده پديده‌ي واماندگي ديناميكي است كه با كنترل آن مي‌توان عملكرد اين توربين‌ها را بهبود داد. در اين پژوهش، اثر عملگر پلاسما بر عملكرد توربين باد محور عمودي داريوس به‌صورت عددي با روش حجم محدود فشار مبنا بررسي شده است. پس از شناخت دقيق جريان حول پره توربين در حالت بدون كنترل، سه چيدمان عملگر پلاسما شامل عملگر سطح داخلي، سطح بيروني و دوطرفه با حالت بدون عملگر مقايسه شده است. نتايج نشان مي‌دهد گشتاور حول محل اتصال پره به نگهدارنده آن به‌صورت محلي مي‌تواند تا 25 درصد در ناحيه‌ي بالادست و تا 50 درصد در ناحيه‌ي پايين‌دست پره تأثيرگذار باشد. عملگر پلاسما با كنترل واماندگي و كوچك‌تر كردن گردابه سطح مكش در طي حركت رو به پايين پره باعث افزايش ضريب نيروي برآ و كاهش پسا شده و مقدار گشتاور مثبت حول محل اتصال را افزايش مي‌دهد. در نهايت، عملگر سطح داخلي و دوطرفه باعث بهبود توان خروجي توربين تا 10 درصد شده است.

Darrieus type vertical axis wind turbine is an appropriate choice for local electricity generation in urban environments. The major aerodynamical challenge in these turbines is dynamic stall which drastically affects the aerodynamic performance of the turbine. In this study, the effect of plasma actuator on aerodynamic performance of a Darrieus type vertical axis wind turbine was numerically investigated. Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) equations were employed, accompanied with k-ω SST turbulence model. Suzen-Hoang model was used to model plasma actuator that calculates body force source term representing plasma actuator effects. The pressure-based finite volume method was utilized to solve the governing equations. First, the physics of dynamic stall in turbine blade was explored. Results show that the contribution of connection point moment in instantaneous moment of a blade is more than 25 percent. Moreover, counter clock-wise vortex in the suction side of blade was found to have a significant role in the blade's performance. To study plasma actuator effects, three test cases of inboard, outboard, and two side actuation, were considered and compared with the clean blade (no plasma actuator). The inboard plasma actuator weakened the dynamic stall vortex, increased lift, and decrease drag force in the down-stroke motion of the blade. Nevertheless, plasma has no effect during the up-stroke motion since the flow is attached to the blade's surface. The inboard actuation is effective for blade azimuth angles in the range of 70 to 180 degrees, and the outboard actuation is effective in blade azimuth angles between 180 to 290 degrees. In conclusion, plasma actuator leads to a 10 percent enhancement in power production for inboard actuation and two-sided actuation, but no significant effects were observed for outboard actuation.