بهبود عملکرد توربین باد محور عمودی با مقیاس واقعی با به‌کارگیری عملگر پلاسمایی

هدف از این تحقیق شبیه‌سازی سه بعدی جریان حول توربین باد عمود محور در ابعاد واقعی تحت تاثیر نیروهای حجمی حاصل از عملگر پلاسمایی می‌باشد. بدین منظور، ابتدا عملگر پلاسمایی بر روی یک صفحه تخت که در شرایط هوای ساکن قرار دارد، شبیه‌سازی شده و نتایج با مدلِ مرجع اعتبارسنجی گردید. سپس به منظور کاربرد عملگر بر روی توربین باد و به دلیل حساسیت جریان و تاثیر نامطلوب حضور عملگر بر روی سطح پره‌ها، ایده‌ی  اعمال آن درونِ سطحِ پره‌های توربین اولین بار در این پژوهش به‌کار گرفته شد. بدین منظور ابتدا توربین باد ابعادِ واقعی g 530 بصورت دو بعدی و سه بعدی شبیه‌سازی و با نتایج تجربی اعتبارسنجی گردید. در آخر، عملگر پلاسما درونِ سطح پره‌های توربین عمود محور و بر روی تمام سطح آن‌ها بصورت متوالی و همزمان اعمال شد. نتایج نشان داد اعمال عملگر با این شرایط خاص، سبب تغییر الگوی جریان بر روی پره‌ی توربین بادِ واقعی شده و در نتیجه توان خروجی به میزان 3 درصد افزایش می‌یابد. نکته حائز اهمیت این است که توان در یک توربین بادی محور عمودی مقیاس واقعی با استفاده از تکنولوژی عملگر پلاسما می‌تواند افزایش یابد. همچنین اعمال عملگر درونِ سطح پره‌ها تاثیر در کارایی عملگر نخواهد داشت.

Power Improvement of a Commercial Large Scale Vertical-Axis Wind Turbine Using Plasma Actuators

The present study numerically investigates the feasibility of using multiple dielectric barrier discharge plasma actuators inside the surface of geometry as a novel approach for active flow control over a large vertical axis wind turbine. For this reason, the plasma actuator is modeled based on Suzen model and the results are validated. Then, a computational study is carried out on a commercial large scale vertical axis wind turbine to examine the effect of the presence of the plasma actuator. The 530 G verticalaxis wind turbine is used as the baseline case. The plasma actuator was applied inside the surface of the blades of turbine and on all their surfaces in a sequential and simultaneous way. It is revealed that the use of multiple dielectric barrier discharge actuators could enhance the induced velocity; this affects the pressure distribution and increases the aerodynamic torque. Consequently, an averaged power increase of 3 % was achieved. Possibility of increase in wind turbine power even in a commercial scale large turbine has been proved by flow separation control using the plasma actuation technology. In addition, the application of the plasma inside the surface of the blades will not effect on its performance.