Υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς Reynolds και μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon και K-omega SST
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται μια μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από έναν ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας. Η μελέτη διεξάγεται σε διάφορους αριθμούς Reynolds, με την χρήση τριών διαφορετικών μοντέλων τύρβης, του Spalart-Allmaras, του Realizable K-epsilon και του K-omega SST και αποτε...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15862 |
| id |
nemertes-10889-15862 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ανεμοκινητήρας μικρής κλίμακας Μοντέλα τύρβης Micro-scale wind turbines Ansys Fluent CFD |
| spellingShingle |
Ανεμοκινητήρας μικρής κλίμακας Μοντέλα τύρβης Micro-scale wind turbines Ansys Fluent CFD Γεωργιόπουλος, Γεώργιος Υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς Reynolds και μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon και K-omega SST |
| description |
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται μια μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από έναν ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας. Η μελέτη διεξάγεται σε διάφορους αριθμούς Reynolds, με την χρήση τριών διαφορετικών μοντέλων τύρβης, του Spalart-Allmaras, του Realizable K-epsilon και του K-omega SST και αποτελείται από δυο μέρη, το υπολογιστικό και το πειραματικό. Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι, η θεωρητική σχεδίαση και η ανάλυση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς ενός μικρής κλίμακας, οριζοντίου άξονα ανεμοκινητήρα, ο οποίος σε συνθήκες λειτουργίας ταχύτητας ανέμων 8m/s, θα είναι ικανός να παρουσιάζει ονομαστική ισχύ της τάξεως των 850W περίπου, ώστε να μπορεί να καλύψει τις βασικές ανάγκες ηλεκτροδότησης ενός μέσου νοικοκυριού.
Αρχικά, γίνεται ανάλυση και επιλογή των ιδανικότερων για την παρούσα μελέτη αεροτομών, με την βοήθεια του λογισμικού QBlade. Με αυτόν τον τρόπο καταλήγουμε στην δημιουργία πτερυγίων ανεμοκινητήρα, τα οποία αποτελούνται από την αεροτομή SG6043 στην ρίζα, την SG6042 στο μέσο και την αεροτομή SG6041 στο άκρο και σχεδιάζονται με γραμμικά μειούμενη συστροφή. Ακολουθεί η υπολογιστική μελέτη του εν λόγω πτερυγίου, με την βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου ANSYS Fluent CFD, όπου πραγματοποιείται προσομοίωση της ροής γύρω από το πτερύγιο, για διάφορες ταχύτητες, γωνίες προσβολής και μοντέλα τύρβης.
Στην συνέχεια κατασκευάζεται με την χρήση του σχεδιαστικού λογισμικού Solidworks και ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή, ένα υπό κλίμακα μοντέλο του πτερυγίου, το οποίο μελετάται τόσο πειραματικά σε κατάλληλη αεροσήραγγα, όσο και υπολογιστικά. Γίνεται σύγκριση των πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων από την ανάλυση του δοκιμίου, όπου και εξάγονται αξιόπιστα αποτελέσματα και συμπεράσματα σχετικά με την ροή και τα χρησιμοποιούμενα μοντέλα.
Τέλος, πραγματοποιείται η υπολογιστική μελέτη του ανεμοκινητήρα με το καταλληλότερο μοντέλο τύρβης, το οποίο προτάθηκε από την μελέτη του υπό κλίμακα πτερυγίου, σε διάφορες ταχύτητες προσπίπτουσας ροής και εξάγονται τα τελικά αποτελέσματα και συμπεράσματα σχετικά με την απόδοση του ανεμοκινητήρα. |
| author2 |
Georgiopoulos, Georgios |
| author_facet |
Georgiopoulos, Georgios Γεωργιόπουλος, Γεώργιος |
| author |
Γεωργιόπουλος, Γεώργιος |
| author_sort |
Γεωργιόπουλος, Γεώργιος |
| title |
Υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς Reynolds και μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon και K-omega SST |
| title_short |
Υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς Reynolds και μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon και K-omega SST |
| title_full |
Υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς Reynolds και μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon και K-omega SST |
| title_fullStr |
Υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς Reynolds και μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon και K-omega SST |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς Reynolds και μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon και K-omega SST |
| title_sort |
υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς reynolds και μοντέλα τύρβης spalart-allmaras, realizable k-epsilon και k-omega sst |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15862 |
| work_keys_str_mv |
AT geōrgiopoulosgeōrgios ypologistikēkaipeiramatikēmeletēmonophasikēsroēsgyrōapoanemokinētēramikrēsklimakassediaphorousarithmousreynoldskaimontelatyrbēsspalartallmarasrealizablekepsilonkaikomegasst AT geōrgiopoulosgeōrgios computationalandexperimentalstudyofonephaseflowoveramicroscalewindturbineinseveralreynoldsnumbersusingspalartallmarasrealizablekepsilonandkomegasstturbulencemodels |
| _version_ |
1771297299823067136 |
| spelling |
nemertes-10889-158622022-09-05T20:30:43Z Υπολογιστική και πειραματική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας σε διάφορους αριθμούς Reynolds και μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon και K-omega SST Computational and experimental study of one-phase flow over a micro scale wind turbine in several Reynolds numbers using Spalart-Allmaras, Realizable K-epsilon and K-omega SST turbulence models Γεωργιόπουλος, Γεώργιος Georgiopoulos, Georgios Ανεμοκινητήρας μικρής κλίμακας Μοντέλα τύρβης Micro-scale wind turbines Ansys Fluent CFD Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται μια μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από έναν ανεμοκινητήρα μικρής κλίμακας. Η μελέτη διεξάγεται σε διάφορους αριθμούς Reynolds, με την χρήση τριών διαφορετικών μοντέλων τύρβης, του Spalart-Allmaras, του Realizable K-epsilon και του K-omega SST και αποτελείται από δυο μέρη, το υπολογιστικό και το πειραματικό. Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι, η θεωρητική σχεδίαση και η ανάλυση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς ενός μικρής κλίμακας, οριζοντίου άξονα ανεμοκινητήρα, ο οποίος σε συνθήκες λειτουργίας ταχύτητας ανέμων 8m/s, θα είναι ικανός να παρουσιάζει ονομαστική ισχύ της τάξεως των 850W περίπου, ώστε να μπορεί να καλύψει τις βασικές ανάγκες ηλεκτροδότησης ενός μέσου νοικοκυριού. Αρχικά, γίνεται ανάλυση και επιλογή των ιδανικότερων για την παρούσα μελέτη αεροτομών, με την βοήθεια του λογισμικού QBlade. Με αυτόν τον τρόπο καταλήγουμε στην δημιουργία πτερυγίων ανεμοκινητήρα, τα οποία αποτελούνται από την αεροτομή SG6043 στην ρίζα, την SG6042 στο μέσο και την αεροτομή SG6041 στο άκρο και σχεδιάζονται με γραμμικά μειούμενη συστροφή. Ακολουθεί η υπολογιστική μελέτη του εν λόγω πτερυγίου, με την βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου ANSYS Fluent CFD, όπου πραγματοποιείται προσομοίωση της ροής γύρω από το πτερύγιο, για διάφορες ταχύτητες, γωνίες προσβολής και μοντέλα τύρβης. Στην συνέχεια κατασκευάζεται με την χρήση του σχεδιαστικού λογισμικού Solidworks και ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή, ένα υπό κλίμακα μοντέλο του πτερυγίου, το οποίο μελετάται τόσο πειραματικά σε κατάλληλη αεροσήραγγα, όσο και υπολογιστικά. Γίνεται σύγκριση των πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων από την ανάλυση του δοκιμίου, όπου και εξάγονται αξιόπιστα αποτελέσματα και συμπεράσματα σχετικά με την ροή και τα χρησιμοποιούμενα μοντέλα. Τέλος, πραγματοποιείται η υπολογιστική μελέτη του ανεμοκινητήρα με το καταλληλότερο μοντέλο τύρβης, το οποίο προτάθηκε από την μελέτη του υπό κλίμακα πτερυγίου, σε διάφορες ταχύτητες προσπίπτουσας ροής και εξάγονται τα τελικά αποτελέσματα και συμπεράσματα σχετικά με την απόδοση του ανεμοκινητήρα. In the present dissertation a one-phase flow study is carried out around a micro-scale wind turbine. The study is conducted in various Reynolds numbers, using three different turbulence models, the Spalart-Allmaras, the Realizable K-epsilon and the K-omega SST and is consisted of two parts, the computational and the experimental. The aim of this thesis is the theoretical design and analysis of the aerodynamic behavior of a micro-scale, horizontal axis wind turbine, which in wind speed operating conditions of 8m/s, will be able to have a nominal power of about 850W, so that it can meet the basic electricity needs of an average household. First of all, the most ideal airfoils for the present study are analyzed and selected, with the help of QBlade software. That way we end up creating wind turbine blades, which consist of the SG6043 airfoil at the root, the SG6042 at the middle and the SG6041 airfoil at the tip and are designed with linearly decreasing twist. Next, follows the computational study of this blade, with the help of the computational package ANSYS Fluent CFD, where the airflow around the blade is simulated, at different wind speeds, angles of attack and turbulence models. Then, using the Solidworks design software and a 3D printer, a scale model of the blade is designed and is studied both experimentally, in an appropriate wind tunnel and also computationally. The experimental and computational results from the analysis of the model are compared and therefore, reliable results and conclusions regarding the airflow and the models used, are being extracted. Finally, the computational study of the wind turbine, using the most suitable turbulence model, which was proposed by the analysis of the scale model is being performed, at different airflow velocities and the final results and conclusions on the performance of the wind turbine are being drawn. 2022-02-28T11:55:17Z 2022-02-28T11:55:17Z 2021-02-25 http://hdl.handle.net/10889/15862 gr application/pdf |
