طراحی و تحلیل یک توربین بادی یک کیلوواتی محور عمودی داریوس با پره‌های مستقیم کامپوزیتی

امروزه، تولید انرژی از منابع پاک از قبیل باد، بیش‌ازپیش موردتوجه پژوهشگران و صنعتگران است. توربین‌های بادی محور عمودی، یکی از انواع توربین‌های بادی است که اغلب برای مصارف شهری و کم‌توان استفاده می‌شود. هدف از انجام مطالعه حاضر، طراحی و تحلیل یک توربین بادی محور عمودی است. در این مطالعه، برای منطقه‌ای با سرعت باد میانگین ده متر بر ثانیه، توربینی یک کیلوواتی از نوع محور عمودی داریوس با پره‌های مستقیم، طراحی ایرودینامیکی مفهومی شد. با مشخص شدن ابعاد و هندسه توربین، با استفاده از روش تحلیلی و استفاده از کد پریکامپ طراحی سازه‌ای و لایه‌چینی کامپوزیتی پره، برای تحمل نیروی ناشی از باد شدید با حفظ سبکی پره انجام شد. این توربین یک کیلوواتی، دارای قطر روتور 5.2 متر، سه پره، سرعت دورانی 240 دور بر دقیقه، ارتفاع پره 2.18 متر، طول وتر 0.11 متر و ایرفویل du06 w 200 است. پره، شامل لایه‌چینی کامپوزیتی مناسب در بخش‌های مختلف از مواد کامپوزیتی تک‌جهته و دوجهته، هسته، لایه پیوندی و ژل‌کوت در نظر گرفته شد. جرم هر پره حدود 600 گرم است که از مزایای به کاربردن مواد کامپوزیتی در آن است. طراحی سازه‌ای انجام‌شده با روش اجزای محدود، با اختلاف 3% تایید شد.

design and analysis of a 1 kw darrieus vertical axis wind turbine with straight composite blades

nowadays, energy production from clean sources such as wind is receiving increasing attention from researchers and industrial professionals. vertical axis wind turbines (vawts) are a type of wind turbine that are often used for urban and low power applications. this study aimed to design and analyze a vertical axis wind turbine. a 1 kw darrieus type vawt with straight blades was aerodynamically and conceptually designed for a region with an average wind speed of 10 m/s. after determining the turbine’s dimensions and geometry, the structural design and composite stacking sequence of the blades were conducted to withstand extreme wind forces while maintaining blade lightness. this was achieved using an analytical method and the precomp code. the designed turbine features a rotor diameter of 2.5 m, three blades, a rotational speed of 240 rpm, a blade height of 2.18 m, a chord length of 0.11 m, and an airfoil of du06 w 200. the blade structure included an optimized composite layup in different sections, consisting of unidirectional and bidirectional composite materials, a core, bonding layers, and a gel coat. the mass of each blade was approximately 600 g, showcasing the advantages of using composite materials. the structural design, validated through fea, demonstrated a 3% error.