دانشگاه آزاد اسلامی
واحد خمینی شهر
دانشکده مکانیک
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc.
گرایش مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی
تحلیل عددی رفتار دینامیکی پره های توربین بادی با محور عمودی
به روش اویلری- لاگرانژی کوپل شده
استاد راهنما:
دکتر محسن لوح موسوی
استاد مشاور:
دکتر حسن موسوی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست مطالب ……………………………………………………………………………………………………………… أ
فهرست اشکال ……………………………………………………………………………………………………………… ه
فهرست جداول ……………………………………………………………………………………………………………. ح
چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………. ط
مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………… ی
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………. 1
1-2- انرژی تجدید پذیر ……………………………………………………………………………………………… 2
1-3- ویژگی انرژی تجدیدپذیر ……………………………………………………………………………………. 4
1-4- انواع منابع انرژی تجدیدپذیر ……………………………………………………………………………….. 5
1-4-1- انرژی خورشیدی ………………………………………………………………………………………. 5
1-4-2- انرژی زمین گرمایی …………………………………………………………………………………… 6
1-4-3- فن آوری هیدروژن، پیل سوختی و زیست توده ………………………………………………. 8
1-4-4- انرژی باد …………………………………………………………………………………………………. 9
1-5- تاریخچه انرژی باد ……………………………………………………………………………………………….. 13
1-6- انواع توربین بادی …………………………………………………………………………………………………. 16
1-6-1- توربین محور عمودی …………………………………………………………………………………. 16
1-6-1-1- مزایای توربین های محور عمودی ………………………………………………………… 17
1-6-1-2- معایب توربین های محور عمودی ………………………………………………………… 17
1-6-2- توربین محور افقی ……………………………………………………………………………………… 17
1-6-2-1- مزایای توربین های محور افقی …………………………………………………………….. 18
1-6-2-2- معایب توربین های محور افقی …………………………………………………………….. 18
1-7- مروری بر تحقیقات انجام شده ………………………………………………………………………………… 21
1-8- روش تحقیق در این پایان نامه …………………………………………………………………………………. 32
1-9- مروری اجمالی بر فصلهای پایان نامه ………………………………………………………………………… 33
فصل دوم: معرفی پارامترهای آنالیز FSI
2-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………… 34
2-2- معرفی پارامترهای موثر بر نتایج آزمایشگاهی …………………………………………………………… 35
2-2-1- گشتاور استاتیکی ………………………………………………………………………………………. 38
2-2-2- زاویه فاز ………………………………………………………………………………………………….. 39
2-2-3- نسبت هم پوشانی پره ها ……………………………………………………………………………… 40
2-2-4- گشتاور دینامیکی(ضریب قدرت) ………………………………………………………………… 42
2-3- تئوری بتز …………………………………………………………………………………………………………. 44
2-4- تئوری گلائورت ……………………………………………………………………………………………….. 50
2-4-1- طراحی مفهومی آیرودینامیکی پره توربین بادی ………………………………………………. 50
2-4-1-1- نحوه تعیین قطر روتور و تعیین تعداد پره ها و سطح هر پره …………………….. 50
2-4-1-2- معرفی تئوری گلائورت جهت طراحی آیرودینامیکی پره توربین بادی ………… 50
2-4-1-2-1- محاسبه نیروی رانش محوری و گشتاور ………………………………………… 50
2-4-1-2-2- محاسبات ضریب قدرت ……………………………………………………………. 52
2-4-1-2-3- تعیین مقادیر زاویه ای سرعت نسبی و ضریب شکل بهینه …. 52
2-4-1-2-4- تعیین ضریب قدرت ………………………………………………………………….. 52
2-4-1-2-5- اثر تعداد پره ها ………………………………………………………………………… 53
2-4-1-2-6- نحوه عملی طراحی آیرودینامیکی پره توربین باد و تعیین وتر و زاویه پره 53
2-4-2- طراحی مفهومی سازه ای پره های توربین بادی ………………………………………….. 54
2-4-2-1- تنش های ناشی از تندباد ضمن عملکرد عادی …………………………………… 54
2-4-2-2- تنش های ناشی از نیروهای گریز از مرکز در عملکرد عادی ………………… 55
2-4-2-3- تنش ناشی از اثرات ژیروسکوپی ……………………………………………………. 55
2-4-2-4- تنش کل وارد بر پره …………………………………………………………………….. 55
2-4-2-5- انتخاب جنس پره ………………………………………………………………………… 56
2-4-3- محاسبه دقیق هندسی برای سطح پره توربین های بادی محور افقی …………………. 56
2-4-2-1- هدف ………………………………………………………………………………………… 56
2-4-2-2- پارامترهای اصلی برای تعیین هندسه پره ……………………………………………. 56
2-4-2-3- تعیین مختصات فضایی نقاط بر روی سطح پره …………………………………… 57
فصل سوم: شبیه سازی فرایند برهمکنش باد بر پره های توربین
3-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………. 58
3-2- معرفی پارامترهای مهم انتخاب شده در فرایند شبیه سازی ………… .. …………………………….. 61
3-2-1- پارامتر معادله گاز ایده آل Ideal Gas Equation State …………………………….. 61
3-2-2- پارامتر انتگرال گیری با تعداد نقاط گوس کاهش یافته ……………………………………… 62
3-3- روند دستیابی به شبیه سازی نهایی مدل توربین ساوونیوس (مطابق مقاله اصلی) …………………………. 63
3-3-1- محیط ایجاد قطعه ………………………………………………………………………….. 64
3-3-2- محیط تعریف خصوصیات مواد …………………………………………………. 64
3-3-3- محیط تعریف تعداد مراحل و نوع حل مساله ……………………………………….. 64
3-3-4- محیط تعریف نوع تماس اجزا با هم ………………………………………… 64
3-3-5- محیط بارگذاری و اعمال شرایط مرزی ……………………………………………. 65
3-3-6- محیط شبکه بندی اجزا ……………………………………………………………… 65
3-4- شبیه سازی توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی صفر ……………………………… 66
3-4-1- مدلسازی سه بعدی توربین و تونل باد در محیط …………………………………… 66
3-4-2- تعریف خصوصیات روتور و حجم کنترل سیالاتی در محیط ……………. 66
3-4-3- مونتاژ اجزای مساله در محیط ………………………………………………….. 67
3-4-4- تعریف تعداد مرحله و نوع حل مساله درمحیط ……………………………………… 69
3-4-5- تعریف نوع تماس سطوح اجزاء با هم در محیط ……………………….. 70
3-4-6- تعریف سرعت باد و شرایط مرزی تونل باد در محیط …………………………… 70
3-4-7- شبکه بندی مدل در محیط ……………………………………………………………….. 74
3-4-8- حل مساله در محیط …………………………………………………………………………. 74
3-5- شبیه سازی سایر توربین ها …………………………………………………………………….. 75
فصل چهارم: ارئه نتایج و بحث و بررسی آن
4-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………….. 78
4-2- بررسی نمودارهای تحلیل FSI ……………………………………………………………………………….. 79
4-2-1- تغییرات گشتاوراستاتیکی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ………………. 79
4-2-2- تغییرات گشتاور استاتیکی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ……………….. 80
4-2-3- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان ………….. 81
4-2-4- تغییرات انرژی جنبشی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان …………………. 82
4-2-5- تغییرات نیروهای تکیه گاهی در توربین یک طبقه با نسبت هم پوشانی یکسان …………. 83
4-2-6- تغییرات نیروهای تکیه گاهی در توربین دو طبقه با نسبت هم پوشانی متفاوت ………….. 84
4-2-7- نمایش گرافیکی جریان سیال در بروخورد با توربین یک طبقه در تونل باد ……………. 85
4-2-8- تغییرات سرعت زاویه ای روتور توربین دو طبقه با زاویه فازهای متفاوت ……………….. 87
4-2-9- نمایش گرافیکی لحظه برخورد سیال با پره توربین دو طبقه ………………………………… 88
4-2-10- تغییرات بردار سرعت در هنگام شروع دوران توربین یک طبقه …………………………. 89
4-2-11- تغییرات بردار سرعت در هنگام شروع دوران توربین دو طبقه ……………………………. 91
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………… 93
5-2- نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………. 93
5-3- پیشنهادات …………………………………………………………………………………………………………… 96
فهرست مراجع …………………………………………………………………………………………………………. 98
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند