توسعه تئوری مومنتوم المان پره در جریان‌‌های ناپایا با در نظر گرفتن پدیده واماندگی دینامیکی

اولین گام در طراحی توربین‌‌های بادی، انتخاب نسبت سرعت نوک می‌‌باشد. در این پژوهش، محاسبه‌ی سرعت نوک بهینه با در نظر گرفتن واماندگی دینامیکی صورت گرفته است. واماندگی دینامیکی نیروی زیادی روی مقاطع هوابر ایجاد می‌کند و در توربین با جریان ناپایا رخ می‌دهد. هدف این پژوهش بررسی تاثیر جریان ناپایا با نوسان دوره‌ای بر عملکرد توربین‌‌های بادی محور افقی می‌‌باشد. ابتدا از یک مدل واماندگی دینامیکی برای تحلیل داده‌های استاتیک موجود استفاده می‌شود، سپس به کمک این مدل نسبت سرعت نوک بهینه با استفاده از تئوری مومنتوم المان پره محاسبه می‌‌گردد. همچنین ضریب توان و نیروی پیشران توربین در چند نسبت سرعت نوک متفاوت بررسی گردیده است. در نمودارهای ضریب توان و نیروی پیشران، علاوه بر نتایج دینامیک، نتایج استاتیک ترسیم شده ‌است. مقایسه‌‌ی این نتایج نشان می‌‌دهد که چگونه واماندگی دینامیکی، باعث انحراف جواب‌‌ها نسبت به حالت استاتیک می‌‌شود. نتایج حاکی از آن است که پدیده واماندگی دینامیکی، باعث کاهش 3% ضریب توان توربین نسبت به جریان پایا می‌‌گردد. همچنین نسبت سرعت نوک بهینه طراحی توربین، در حالت دینامیک افزایش می‌‌یابد. در ادامه بررسی نمودارهای متوسط زمانی ضریب پسا نشان می‌‌دهد که تاخیر در جدایش تقریباً از مقاطع میانی بال شروع می‌‌شود و در ریشه به مقدار بیشینه می‌‌رسد.

Development of Blade Element Momentum Theory for Unsteady Flow with Regard to the Dynamic Stall Phenomenon

The first step in turbine blade design is to select tip speed ratio. In this research, the optimum speed ratio is calculated with regard to the dynamic stall phenomenon. The dynamic stall imposes large amplitude loading on airfoil sections and since it occurs in turbine operating envelope in unsteady flow. The purpose of this study was to investigate the effect of unsteady flow with periodic oscillation on the performance of horizontal axis wind turbines. A dynamic stall model is implanted to analyze the static data obtained. Then, using this model and blade element momentum theory, the optimal tip speed ratio is calculated. Also, thrust and power coefficients are plotted in several different tip speed ratios. In addition to dynamic results, static results are plotted in power and thrust graphs. Comparison of these results shows how the dynamic stall causes the deviations of responses to static state. This phenomenon affects the efficiency by 3% as compared to the static stall. Also the optimum tip speed ratio increases in dynamic mode. In addition, time average diagrams of the drag coefficient show that the delay in separation starts approximately from the midpoints of the blade and reaches the maximum value at the root.