مطالعه عددی توربین داریوس با استفاده از مدل شش درجه آزادی برای درنظرگرفتن اثر اینرسی و برهم‌کنش میان سیال و جسم صلب

توربین بادی داریوس برخلاف توربین‌های محورافقی با مشکل خود راه‌اندازی مواجه است. محاسبه شتاب و گشتاور نوسانی توربین‌های بادی محورعمودی، به دلیل نیاز به حل همزمان معادلات اویلری حاکم بر جریان سیال و معادلات لاگرانژی حاکم بر بدنه صلب توربین، دارای پیچیدگی و محاسبات بالایی است. اما در بیشتر مطالعات انجام‌شده با صرف نظر از اثر ممان اینرسی، سرعت زاویه‌ای توربین مشخص و ثابت فرض شده است. در این مطالعه با محاسبه برآیند نیروهای آیرودینامیکی ناشی از باد و نیروهای خارجی ناشی از اصطکاک و ژنراتور، شتاب، سرعت و موقعیت توربین با انتگرال گیری از قانون دوم نیوتن محاسبه می‌شود. معادلات حاکم بر سیال بر اساس روش حجم محدود گسسته و توسط الگوریتم پیزو حل شده است. شبیه‌سازی به‌صورت غیرپایا و از شبکه دینامیک برای بررسی حرکت روتور استفاده شده است. نتایج شبیه-سازی حرکت توربین از لحظه سکون تا رسیدن به سرعت حدی نشان می دهد که با در نظرگرفتن اثر متقابل جریان باد و پره های صلب می توان دریافت که با افزایش ممان اینرسی، زمان رسیدن به سرعت حدی افزایش می یابد. نتایج نشان می دهد در ابتدای حرکت گشتاور راه اندازی این توربین کم است و با افزایش سرعت دورانی، ابتدا گشتاور تولیدی افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد در سرعت دورانی کمتر از حد بهینه، واماندگی بالا و گریز جریان از داخل روتور بدون برخورد با پره‌ها موجب افت توان تولیدی می‌شود. نتایج بررسی اثر ممان اینرسی نشان می دهد این پارامتر نقش مهمی بر فرکانس و دامنه‌ی سرعت زاویه‌ای و گشتاور توربین دارد که در تحلیل مکانیکی پره‌ها مانند پدیده خستگی از اهمیت زیادی برخوردار است.