مدل‌سازی عددی تاثیر پارامترهای هندسی توربین آبی شناور بر میزان گشتاور تولیدی در کانال روباز مستطیلی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسنده

مدیر پژوهشکده مکانیک / سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

چکیده

در این تحقیق، میزان گشتاور انتقال‌یافته بهینه، از تکانه جریان آب جاری در یک کانال روباز، به پنج نوع توربین استوانه‌ای، مورد بررسی قرار گرفته‌است. هدف از انجام پژوهش، یافتن توربین آبی مناسب، جهت تولید انرژی الکتریکی بیشینه می‌باشد. برای انجام این کار، یک توربین استوانه‌ای سه‌بعدی، به‌قطر و طول 1 متر، با پنج نوع پره، به شکل‌های مختلف، با کمک روش عددی حجم محدود، شبیه‌سازی گردید. مجموعه توربین و پره‌ها، در یک کانال مستطیلی روباز بدون شیب، به طول 10 متر و عرض 3 متر، و سرعت جریان 2 متر بر ثانیه، قرار گرفته‌اند. مجموعه توربین و پره‌ها، به طریقی طراحی شده‌اند که با توجه به وزنشان، به‌صورت شناور در عمق‌های استغراق مختلف، داخل کانال قرارگیرند، و با تغییر عمق جریان، عمق استغراق مورد نظر ثابت بماند. با توجه به مقدار تکانه جریان آب جاری در کانال، میزان گشتاور انتقال‌یافته از جریان به پره‌های پنج نوع توربین مورد نظر، محاسبه‌شده و مقدار بیشینه آن بدست آمد. نتایج نشان می‌دهد که، بکارگیری توربین نوع پنج، با پره‌هایی گسترش‌یافته به شکل نیم‌دایره در امتداد محور توربین، به تعداد 21 عدد، و قطر داخلی 10.5 سانتیمتر، بیشترین مقدار گشتاور، برابر 458.96 نیوتن در متر را، حاصل می‌آورد. لذا می‌توان به‌کمک آن، ضمن استفاده از یک مولد الکتریکی مناسب، انرژی الکتریکی بیشینه را تولید نمود.

کلیدواژه‌ها


Nakashima, K., Watanabe, S., Matsushita, D., Tsuda, S. and Furukawa, A. (2016). Performance Prediction of Darrieus-Type Hydroturbine with Inlet Nozzle Operated in Open Water Channels. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 49(10), 102011.
Nishi, Y., Sato, G., Shiohara, D., Inagaki, T. and Kikuchi, N. (2019). A study of the flow field of an axial flow hydraulic turbine with a collection device in an open channel. Renewable energy, 130, 1036-1048.
Pandey, K.K., Abhash, A., Tripathi, R.P. and Dayal, S. (2019). Flow-field Near Forty-Five Degree Dividing Open Channel, International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE), 8(3), 2768-2773.
Pelz, P.F. (2011). Upper limit for hydropower in an open-channel flow. J. Hydraulic Eng., 137(11), 1536-1542.
Shimomura, M. and Takano, M. (2013). Modeling and performance analysis of Archimedes screw hydro turbine using moving particle semi-implicit method. J. Computational Science and Technology, 7(2), 338-353.
Talukdar, P.K., Kulkarni, V. and Saha, U.K. (2018). Field-testing of model helical-bladed hydrokinetic turbines for small-scale power generation. Renewable Energy, 127, 158-167.
Yang, J., Wang, M., Wang, C. and Guo, W. (2015). Linear modeling and regulation quality analysis for hydro-turbine governing system with an open tailrace channel. Energies, 8(10), 11702-11717.