| Περίληψη: | Στη παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη μονοφασικής και διφασικής ροής αέρα και αέρα-νερού αντίστοιχα, σε ανεμοκινητήρα κατακόρυφου άξονα τύπου Savonius (S-type), καθώς και η υπολογιστική διερεύνηση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς του, σε μονοφασική και διφασική ροή χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα Ansys. Στόχος της μελέτης είναι η κατανόηση του θεωρητικού υπόβαθρου της λειτουργίας του ανεμοκινητήρα Savonius καθώς και της μονοφασικής και διφασικής συμπεριφοράς. Επίσης η εργασία αυτή αποσκοπεί στην εύρεση των συντελεστών στατικής ροπής (cm) του ανεμοκινητήρα σε διάφορες γωνιές λειτουργίας, για μονοφασική και διφασική ροή αέρα-νερού σε συνθήκες βροχόπτωσης. Τέλος γίνεται σύγκριση μεταξύ των αποτελεσμάτων της μονοφασικής ροής με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της διφασικής ροής έτσι ώστε να μελετηθούν οι επιπτώσεις της διφασικής ροής αέρα-νερού στον συντελεστή στατικής ροπής Cm ανεμοκινητήρα.
Η διφασική ροή αέρα-νερού αποτελεί ένα σύνθετο φαινόμενο, του οποίου δεν έχουν κατανοηθεί πλήρως όλοι οι μηχανισμοί. Μπορεί να θεωρηθεί ως ασυμπίεστη αραιή πνευματική μεταφορά, με τον αέρα ως ρευστό-φορέα και τα σωματίδια νερού ως τη μεταφερόμενη ύλη. Το μοντέλο με το οποίο εξετάζεται το φαινόμενο είναι της διακριτής διφασικής ροής (DPM). Σε αυτό το μοντέλο η δευτερεύουσα φάση θεωρείται διασκορπισμένη μέσα στην κύρια φάση και υπολογίζονται για κάθε σωματίδιο οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης με την περιβάλλουσα ροή. Έτσι εισάγονται σωματίδια στη ροή και στη συνέχεια υπολογίζεται η τροχιά τους καθώς και η αλληλεπίδραση τους με τον αέρα (μεταφορά θερμότητας, μάζας και ορμής).
Η προσομοίωση έγινε με χρήση της υπολογιστικής πλατφόρμας Ansys και συγκεκριμένα μέσω του εμπορικού πακέτου υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics, CFD), Fluent. Στον υπολογιστικό κώδικα του Fluent γίνεται πρώτα επίλυση των εξισώσεων μεταφοράς και διατήρησης της μονοφασικής ροής για σταθερή ροή και στη συνέχεια, αφού επιτευχθεί σύγκλιση και σταθεροποίηση της ροής, επιλέγεται η εισαγωγή των σωματιδίων νερού μέσω του μοντέλου διακριτής φάσης (Discrete Phase Model) όπως αναφέρθηκε. Η μοντελοποίηση έγινε σε δισδιάστατο (2D) μοντέλο και στην συνέχεια αφού πραγματοποιήθηκε μελέτη ανεξαρτητοποίησης του πλέγματος, ένα πλέγμα των 80.000 κελίων επιλέχθηκε ως το καταλληλότερο.
Συνολικά στην παρούσα διπλωματική διεξάχθηκαν 14 προσομοιώσεις μονοφασικής ροής με τη χρήση δύο μοντέλων τύρβης Realizable k-ε και SST k-ω καθώς και 14 προσομοιώσεις διφασικής ροής με την χρήση του μοντέλου τύρβης SST k-ω για περιεκτικότητες σταγονιδίων νερού LWC = 30 g/m3 και LWC = 65 g/m3. Οι προσομοιώσεις έγιναν με ταχύτητα αέρα 7 m/s όπου λειτουργεί αποδοτικότερα ο ανεμοκινητήρας Savonius, για 7 διαφορετικές γωνιές λειτουργίας των πτερυγίων του ανεμοκινητήρα 0˚, 30˚, 50˚, 90˚, 120˚, 150˚και 180˚.
Τέλος παρουσιάζονται και σχολιάζονται συγκεντρωτικά τα αποτελέσματα των παραπάνω προσομοιώσεων της μονοφασικής και διφασικής ροής για τους διάφορους συντελεστές στατικής ροπής (cm) καθώς και για τις κατανομές της πίεσης και της ταχύτητας κάθε γωνιάς αντίστοιχα.
|
|---|
