بررسي عددي اثر هندسه‌ي افزونه نوك پره‌ي يك توربين باد محور افقي بر افزايش توان توليدي آن

A numerical investigation on the effect of blade tip shapes on power generation of a horizontal axis wind turbine

يكي از راه‌هاي افزايش توان توربين بادي محور افقي بدون تغيير در بدنه‌ي پره‌ي اصلي توربين، اضافه كردن افزونه‌ي مناسب به نوك پره است. در اين پژوهش، افزونه‌هاي مختلفي به نوك يك توربين بادي اضافه شده و اثر هر يك بر توان توليدي مورد بررسي عددي قرار گرفته است. معادلات جريان پايا براي شبيه سازي جريان حول پره مورد استفاده قرار گرفت و هفت افزونه مختلف براي عملكرد آئروديناميكي پره طراحي گرديد. نتايج بررسي عملكرد افزونه ها نشان مي‌دهد كه افزونه‌هاي نوك باريك‌شونده و شاركتيپ كمترين افزايش توان را ايجاد مي‌كنند. بالچه‌هاي سطح مكش (به سمت پايين دست جريان) و سطح فشار (به سمت بالادست جريان) بدون زاويه عقبگرد، توان را به ترتيب %5/23 و %9/6 افزايش دادند و مشاهده شد كه بالچه‌ي سطح فشار در مقايسه با بالچه‌ي سطح مكش عملكرد بهتري دارد. همچنين اضافه كردن زاويه عقبگرد به بالچه‌ها موجب بهبود عملكرد پره‌ مي‌شود، و بالچه‌هاي سطح فشار و مكش با زاويه عقبگرد توان توليدي را نسبت به پره‌ي مبنا به ترتيب %11/87و %13/25 افزايش دادند و افزونه‌ي بالچه‌ي سطح فشار با زاويه عقبگرد بهترين عملكرد را در ميان همه‌ي افزونه‌ها داراست و مي‌تواند بدون تغيير در هندسه‌ي پايه‌ي توربين تنها با افزودن يك بالچه 28 سانتي متري به پره با شعاع 553 سانتي‌متري توربين، توان توليدي آن را تا % 13/25 افزايش دهد.

A way to increase the generated power of an available wind turbine blade without changing its base shape is to add proper add-on to the blade tip. In this paper, seven tip add-ons are added to the blade tip of the NREL Phase VI wind turbine, and their effect on generated power is studied using computational fluid dynamics. Reynolds averaged Navier-Stokes equations are used with k-ω SST turbulence model to simulate the flow over the blade. Results show that the tapered tip add-on does not have a notable effect on generated power, while the shark-tip add-on increases the output power by about 4%, which is a minor increase comparing to the other add-ons. The suction surface and pressure surface winglets (without sweepback) increase the power generated by 5.23% and 9.6% respectively, which shows the superiority of pressure surface winglet over suction counterpart. Afterwards, sweepback is added to winglets, showing 11.87% and 13.25% power increase for suction surface and pressure surface winglets respectively, which shows the positive effect of sweepback angle in generated power increase. This is obtained by only a 28 cm add-on to the base blade with a radius of 553 cm.