شبيه سازي عددي تاثير جريان آزاد ناپايا بر المان نوساني پره توربين بادي محور افقي

Numerical simulation of unsteady free stream velocity on an oscillating horizontal axis wind turbine blade element

هنگامي كه توربين بادي محور افقي تحت شرايط ياو كار ميكند، هر مقطع از پره هاي توربين را مي توان بصورت يك ايرفويل داراي حركت نوساني پيچشي كه در معرض جريان سيال با سرعت متغير است در نظر گرفت. تغيير نوساني مقدار سرعت جريان، كه معمولا ناديده گرفته ميشود، داراي فركانسي برابر با فركانس نوسان تغيير زاويه حمله مي باشد و منجر به بارهاي متغير وارد بر پره مي گردد. به منظور بررسي تاثير نوسان سرعت، يك ايرفويل نوساني دو بعدي از نوع ناكا-0012 در عدد رينولدز 135000 شبيه سازي شده است. در اين شبيه سازي، پارامترهاي دامنه كاهيده ، فركانس كاهيده و اختلاف فاز بين نوسان تغيير زاويه حمله و نوسان تغيير مقدار سرعت به اين ترتيب در نظر گرفته شده اند:: k≤0.25 ، 0.2≤λ≤0.8> و ϕ=0 ,π . نتايج بدست آمده نشان مي دهند دامنه نوسان سرعت ناپايا، تاثير بسيار چشمگيري بر نيروهاي آيروديناميكي وارد بر پره دارد به طوري كه ميتواند نيروي برآ را بيش از 7 برابر حالت استاتيكي و بيش از 3 برابر نتايج بدست آمده از جريانِ با سرعت ثابت افزايش دهد. با توجه به مقدار اختلاف فاز، افزايش λ مي تواند زاويه وقوع واماندگي ديناميكي را تا 1 درجه به تعجيل و يا تا 7درجه به تعويق اندازد. در حالي كه افزايش k همواره باعث به تاخير افتادن تشكيل گردابه كم فشار و در نتيجه تاخير وقوع واماندگي ديناميكي مي شود.

When a Horizontal axis wind turbine works under yaw condition, each blade element can be considered as an oscillating pitch airfoil while the free stream velocity oscillates horizontally. The unsteady free stream velocity, which is usually ignored, oscillates with the same frequency as the airfoil oscillations and has a great impact on the periodic forces produced by the airfoil oscillation. In order to study the effects of unsteady free stream velocity on the aerodynamic loads, a 2D NACA0012 oscillating airfoil at Reynolds number of 135000 has been simulated. In this simulation, reduced frequency, reduced amplitude and the phase difference between the free stream velocity oscillation and the airfoil angle of attack oscillation are 0.1≤k≤0.25 ، 0.2≤λ≤0.8 و ϕ=0 ,π, respectively. Results show that free stream oscillations affect the aerodynamic loads, vortex strengths and dynamic stall characteristics. The lift force can be increased by more than 7 times than that of static case and 3 times compared to the load from steady free stream velocity. Depending on 𝜙 value, the dynamic stall angle of attack can be advanced 1 degree or delayed by more than 7 degrees by increase of reduced amplitude. Also, increase of k always causes delay in leading edge vortex formation and consequently delay in dynamic stall occurrence.