مطالعه پارامتریک اثر طول و سرعت صفحه متحرک بر بهبود عملکرد توربین بادی محور افقی فراساحلی

ایجاد صفحه متحرک در پروفیل آیرودینامیکی ایرفویل به‌عنوان مکانیز موثر کنترل جریان فعال شناخته شده است. در این مطالعه اثر این مکانیزم بر عملکرد آیرودینامیکی و مکانیکی پرهٔ توربین بادی محور افقی فراساحلی در عدد رینولدز 750 هزار بررسی شده است. ایرفویل اس809 به‌عنوان مقطع پره انتخاب و بخشی از سطح مکش آن با صفحه‌ای متحرک جایگزین شده است. شبیه‌سازی‌ها با استفاده از نرم‌افزار تجاری انسیس فلوئنت و مدل آشفتگی کی - امگا اس‌اس‌تی انجام شد و نتایج با داده‌های تجربی موجود اعتبارسنجی گردید. به‌منظور ارزیابی تاثیر طول و سرعت صفحه متحرک، طول‌های نسبی بین 0/05 تا 0/55 طول وتر ایرفویل و سرعت‌های نسبی 1، 3 و 5 برابر سرعت جریان آزاد در موقعیت نصب 0/01 موردبررسی قرار گرفت. صفحه متحرک موجب تاخیر زاویه واماندگی تا حدود 80 درصد شد، به‌طوری که افت شیب منحنی برآ از زاویه حمله 8 درجه به 12 درجه منتقل و عملکرد مکانیکی بسته به زاویه حمله بین پنج تا هفت برابر بهبود یافت. در زوایای حمله بالا، طول‌های کوتاه‌تر ضمن حفظ خاصیت کنترل جریان، توان مصرفی را کاهش داد. در تحلیل آیرودینامیکی با روش مومنتوم المان پره بیشینه ضریب توان در نسبت سرعت نوک معادل 4 تا مقدار 4/6 برابر افزایش یافت و ضریب گشتاور نیز در همان نقطه 364 درصد بیشتر شد. صفحه متحرک بیشترین اثر را در مقادیر پایین نسبت سرعت نوک پره داشته و هر دو عملکرد آیرودینامیکی و مکانیکی را بهبود بخشیده است.

parametric study on the influence of moving surface length and speed on performance enhancement of offshore horizontal-axis wind turbine

the implementation of a moving surface in the aerodynamic profile of an airfoil is recognized as an effective active flow control mechanism. in this study، the effect of this mechanism on the aerodynamic and mechanical performance of an offshore horizontal-axis wind turbine blade at a reynolds number of 7.5×105 was investigated. the s809 airfoil was selected as the blade section، and part of its suction surface was replaced with a moving surface. simulations were performed using the commercial software ansys fluent with the k-ω sst turbulence model، and the results were validated against available experimental data. to evaluate the influence of the moving surface length and speed، relative lengths (l) ranging from 0.05 to 0.55 chord and speed ratios of (k) 1،3 and 5 times the free-stream velocity were examined at a fixed installation location of s = 0.01 chord. the moving surface delayed stall angle by up to 80%، such that the drop in the lift curve shifted from an aoa of 8° to 12°، and the mechanical performance improved by a factor of five to seven depending on the aoa. at higher angles of attack، shorter lengths maintained flow control while reducing power consumption. in the aerodynamic analysis using the blade element momentum method، the maximum power coefficient at a tsr of 4 increased by up to 4.6 times، while  the torque coefficient at the same point increased by 364%. the moving surface showed the greatest effect at low tsrs، improving both aerodynamic and mechanical performance