Υπολογιστική μελέτη της αεροδυναμικής απόδοσης στροφείων ανεμοκινητήρα, κατασκευασμένων από διαφορετικές αεροτομές

• Κύριος συγγραφέας: Χρονόπουλος, Θεόδωρος
• Άλλοι συγγραφείς: Chronopoulos, Theodoros
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Αεροδυναμική απόδοση; Υπολογιστική ρευστοδυναμική; Σχεδιασμός πτερυγίων; Ανεμοκινητήρας οριζόντιου άξονα; Συμπεριφορά απορρεύματος; Aerodynamic performance; Computational fluid dynamics; Blade design; Horizontal axis wind turbine; Wake behavior

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υπολογιστική διερεύνηση της αεροδυναμικής απόδοσης στροφείων ανεμοκινητήρα με στόχο την εκτίμηση του αεροδυναμικού συντελεστή ισχύος ενός τριπτέρυγου ανεμοκινητήρα οριζοντίου άξονα. Για την εκπόνηση της εργασίας έγινε χρήση του λογισμικού υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ANSYS Fluent και του λογισμικού QBlade για τον σχεδιασμό των πτερυγίων. Αρχικά γίνεται η επιλογή των αεροτομών για τον σχεδιασμό των πτερυγίων. Για τη συγκεκριμένη έρευνα επιλέγονται οι αεροτομές NACA 4412 και NACA 63-415. Στη συνέχεια, γίνεται ο σχεδιασμός των πτερυγίων, κάνοντας χρήση του λογισμικού QBlade, για μήκος πτερυγίου 50m και συντελεστή ταχυστροφίας (tip speed ratio) ίσο με 7. Έπειτα, οι δύο γεωμετρίες εισάγονται στο λογισμικό ANSYS Fluent, όπου γίνεται υπολογιστική μελέτη μονοφασικής ροής αέρα γύρω από τα πτερύγια για ταχύτητες ρευστού 10m/s, 12m/s και 15m/s. Για την υπολογιστική μελέτη χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικά μοντέλα τύρβης, το Generalized k-ω (GEKO) και το SST k-ω, προκειμένου να βρεθεί το καταλληλότερο. Υπολογίζονται οι κατανομές πίεσης, ταχύτητας και διατμητικών τάσεων πάνω στα πτερύγια, το απόρρευμα κάθε πτερυγίου, ο συντελεστής ισχύος CP καθώς επίσης τα σημεία ανακοπής, μέγιστης ταχύτητας, αποκόλλησης και επανακόλλησης του οριακού στρώματος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο συντελεστής ισχύος CP και για τα δύο πτερύγια αυξάνεται ελαφρώς με την αύξηση της ταχύτητας εισόδου του ρευστού, ενώ ο συντελεστής ισχύος της NACA 4412 είναι μεγαλύτερος του αντίστοιχου της NACA 63-415 και για τα δύο μοντέλα τύρβης. Το απόρρευμα παρατηρείται να μειώνεται με την αύξηση της ταχύτητας εισόδου του ρευστού και με την απομάκρυνση από το πτερύγιο, ενώ το πτερύγιο NACA 63-415 παρατηρείται να παράγει ελαφρώς περισσότερο απόρρευμα για όλες τις ταχύτητες εισόδου του ρευστού σε σχέση με την NACA 4412. Τέλος, σε καμία προσομοίωση δεν παρουσιάζεται αποκόλληση οριακού στρώματος.