مطالعه اثر متقابل توربین‌های باد پشت سرهم روی عملکرد یکدیگر به‌کمک الگوی دیسک عملگر

در این پژوهش، روش دیسک عملگر دوبعدی به‌صورت تقارن محوری با دقت قابل قبول و هزینه محاسباتی کم برای مطالعه جریان حول روتور توربین باد محور افقی و دنباله‌ی آن توسعه داده‌شده‌است. با استفاده از قابلیت udf نرم‌افزار fluent، کدی به زبان c برای اعمال ممنتوم مجازی به سیال نوشته شده و معادلات ناویراستوکس با اضافه شدن عبارت نیروی حجمی به‌عنوان جمله چاه حل‌‌ می‌شوند. اعتبارسنجی روش با داده‌های توربین باد مبنای 5mw nrel انجام شده و اثر متقابل دو توربین پشت سرهم در مزرعه بادی، روی عملکرد آیرودینامیکی یکدیگر بررسی ‌شده‌است. نتایج نشان می‌دهد، حضور توربین بالادست موجب کاهش توان و تراست روتور پایین‌دست تا فاصله سه برابر قطر روتور، به‌ترتیب تا حدود %88 و %57 می‌شود. با افزایش فاصله‌ی توربین پایین‌دست از توربین بالادست تا حدود 170 برابر قطر روتور، توان و تراست شروع به بازیابی به‌سمت مقادیر توربین بالادست می‌کنند. نتایج توزیع توان در راستای شعاع پره نیز نشان می‌دهد برای روتور پایین‌دست در فواصل نزدیک به روتور بالادست، بخش میانی پره سهم بیشتری در تولید توان دارد. علاوه ‌براین، اثر روتور پایین‌دست روی عملکرد توربین بالادست به‌ترتیب تا حدود 1.5 و 0.7 درصد کاهش توان و تراست است و با افزایش فاصله، این اثر ازبین می‌رود.

Investigating the aerodynamic interaction of wind turbines based on actuator disk model

In this paper, the axisymmetric actuator disk method (2D) with acceptable accuracy and low computational cost based on computational fluid dynamics have been adopted to study the flow behavior around the horizontal wind turbine rotor and the wake. For this sake, a C code is developed as a selfdeveloped userdefined function (UDF) in commercial software package ANSYS FLUENT. The rotor is modeled as a virtual disc and its effect is added to the NavierStokes equations as a sink term. The results obtained for the 5 MW NREL wind turbine in this study show the appropriate accuracy and speedup. The interaction of two wind turbines in the wind farm has been investigated. The results depict that the output power and thrust of the downstream rotor due to the presence of an upstream turbine drop up to 88% and 57%, respectively. Also, radial distribution of the downstream rotor power shows that at a closer distance, the middle part of the blade has a larger contribution to power generation. Further, the effect of downstream rotor on the upstream rotor performance is up to 1.5% and 0.7% reduction in power and thrust respectively.