| Summary: | Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υπολογιστική διερεύνηση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς ανεμοκινητήρα κατακόρυφου άξονα, τύπου Savonius (τύπου S), σε διφασική ροή αέρα-σωματιδίων άμμου. 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, στις διάφορες γωνίες λειτουργίας του ανεμοκινητήρα για μονοφασική ροή αέρα και διφασική ροή αέρα-σωματιδίων άμμου. 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-σωματιδίων άμμου στον συντελεστή στατικής ροπής του ανεμοκινητήρα.
Η διφασική ροή αέρα – σωματιδίων άμμου αποτελεί ένα σύνθετο φαινόμενο, του οποίου δεν έχουν κατανοηθεί πλήρως όλοι οι μηχανισμοί. Θεωρείται ως ασυμπίεστη αραιή πνευματική μεταφορά, με τον αέρα ως ρευστό-φορέα και τα σωματίδια άμμου ως τη μεταφερόμενη ύλη. Το μοντέλο με το οποίο εξετάζεται το φαινόμενο είναι αυτό της διακριτής διφασικής ροής (DPM). Στο μοντέλο αυτό η δευτερεύουσα φάση θεωρείται διασκορπισμένη μέσα στην κύρια φάση όπου οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης με την περιβάλλουσα ροή υπολογίζονται για κάθε σωματίδιο.
Η προσομοίωση έγινε με χρήση της υπολογιστικής πλατφόρμας Ansys και συγκεκριμένα μέσω του εμπορικού πακέτου υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics, CFD) Fluent, όπου μέσω του υπολογιστικού κώδικα έγινε η 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 άμμου μέσω του μοντέλου διακριτής φάσης όπως προαναφέρθηκε. Η μοντελοποίηση έγινε σε δισδιάστατο μοντέλο (2D) και μετά από μελέτη ανεξαρτητοποίησης του πλέγματος, ένα πλέγμα των 80000 κελίων επιλέχθηκε ως το καταλληλότερο.
Σε αυτήν την διπλωματική εργασία διεξάχθηκαν συνολικά 14 προσομοιώσεις μονοφασικής ροής με τη χρήση δύο μοντέλων τύρβης, του Realizable k-ε και του SST k-ω, καθώς και 14 προσομοιώσεις διφασικής ροής, με τη χρήση του μοντέλου τύρβης SST k-ω, για περιεκτικότητες σωματιδίων άμμου Q=0.01 kg/s και Q=0.1 kg/s. Οι προσομοιώσεις έγιναν με ταχύτητα αέρα u=7 m/s, όπου λειτουργεί αποδοτικότερα ο ανεμοκινητήρας Savonius, για 7 διαφορετικές γωνιές λειτουργίας των πτερυγίων του ανεμοκινητήρα 0º, 30º, 50º, 90º, 120º,150º και 180º.
Τέλος παρουσιάζονται και σχολιάζονται 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.
|
|---|
