بررسی عوامل موثر بر راندمان توربین محور عمودی داریوس به روش آیرودینامیکی

توربین داریوس یکی از انواع توربین‌های بادی محور عمودی است که با وجود ساختار ساده، تحلیل بسیار پیچیده‌ای دارد. مکانیزم دینامیکی پیچیده جریان در اطراف این ماشین باعث شده مساله بهینه‌سازی آیرودینامیکی آن هنوز یک مساله باز باقی بماند. از طرفی با توجه به تعداد زیاد پارامترهای موثر بر عملکرد توربین، استفاده از حل‌های مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی، باوجود دقت بالا، به دلیل زمان محاسبات بسیار زیاد، به‌ندرت با هدف بهینه‌سازی توربین مورد استفاده قرار می‌گیرد. لذا در این مقاله از روش تحلیلی چند تیوب جریانی دوگانه برای محاسبه اثر عوامل ضخامت پره، صلبیت، عدد رینولدز، گام زاویه‌ای و ضریب منظری بر راندمان و گشتاور راه‌اندازی توربین استفاده شده است. با توجه به اینکه روش تحلیلی چند تیوب جریانی دوگانه، یک روش نیمه تجربی است، ضرایب برآ و پسآی مقاطع مورد استفاده در زوایای حمله مختلف، با استفاده از اطلاعات آزمایشگاهی موجود وارد کد شده است. نتایج نشان می‌دهد افزایش ضخامت، عدد رینولدز و صلبیت موجب افزایش قابلیت خود راه‌اندازی توربین می‌شود. همچنین افزایش صلبیت موجب کاهش دامنه کاری توربین در سرعت‌های مختلف روتور خواهد شد. از طرفی افزایش ضریب منظری منجر به افزایش راندمان به‌خصوص در سرعت چرخش میانه می‌شود. همچنین نتایج نشان می‌دهند که توربین با صلبیت متغیر (توربین با پره منحنی) می‌تواند علاوه بر خود راه‌اندازی بهتر، در دامنه سرعت‌های روتور وسیع‌تری مورد استفاده قرار گیرد. اما بررسی پره با ضخامت متغیر نشان داد، تغییر ضخامت پروفیل در طول پره، تاثیر مثبتی بر خود راه‌انداز بودن توربین ندارد. افزایش گام زاویه‌ای، تاثیر مناسبی بر عملکرد دارد. مقایسه نتایج مطالعه حاضر با نتایج تجربی نشان می‌دهد کد استفاده شده از دقت مناسبی برخوردار است، اما با بالاتر رفتن سرعت دورانی روتور از سرعت دورانی نامی دقت این روش کاهش می‌یابد.