در این پروژه، عملکرد آیرودینامیکی یک توربین بادی سه‌پره و رفتار آکوستیکی ناشی از چرخش پره‌ها با استفاده از روش‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و آکوستیک محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. هدف از تحلیل، پیش‌بینی توزیع فشار روی پره‌ها، توان تولیدی، و نیز استخراج الگوهای تولید نویز آیرودینامیکی در سرعت‌های مختلف باد بود.

هندسه و مدل‌سازی

هندسه سه‌بعدی پره‌ها، هاب و بخشی از برج توربین در محیط طراحی ایجاد شد. پروفیل آیرودینامیکی پره‌ها بر اساس داده‌های استاندارد (NACA) انتخاب گردید و تغییرات پیچ (Twist) و وتر (Chord) به‌صورت تدریجی در طول پره اعمال شد تا رفتار واقعی توربین بازتولید شود.

دامنه‌ی جریان به صورت استوانه‌ای بزرگ در جهت باد مدل شد تا تمام نواحی اثر پره‌ها، از جمله گردابه‌های نوک پره، به‌خوبی شبیه‌سازی شوند.

شبکه‌بندی

شبکه‌بندی در ANSYS Meshing با استفاده از مش چندبخشی و المان‌های ریز در ناحیه‌ی نزدیک پره‌ها ایجاد شد. یک ناحیه چرخان (Rotating Domain) برای مدل‌سازی حرکت دورانی پره‌ها در نظر گرفته شد. در مرز جدایی دامنه چرخان و ثابت از تکنیک MRF یا مش دینامیک بسته به نیاز تحلیل استفاده شد.

تراکم مش در لبه پسای پره (Trailing Edge) و نوک پره (Tip) افزایش یافت زیرا این دو ناحیه مهم‌ترین منابع نویز آیرودینامیکی هستند.

مدل فیزیکی و معادلات حاکم

برای مدل‌سازی جریان هوا از معادلات ناویر–استوکس تراکم‌ناپذیر یا تراکم‌پذیر (بسته به عدد ماخ باد) استفاده شد. مدل توربولانس k–ω SST انتخاب گردید تا جدایش جریان، اثرات گردابه نوک و رفتار لایه مرزی روی سطح پره‌ها با دقت کافی پیش‌بینی شود.

به‌منظور تحلیل دقیق‌تر پاسخ دینامیکی و استخراج داده‌های آکوستیکی، شبیه‌سازی به‌صورت ناپایا (Transient) اجرا شد و رفتار گردابه‌ها در محدوده فرکانسی مربوط به تولید نویز ذخیره گردید.

شرایط مرزی

ورودی: سرعت یکنواخت باد
خروجی: فشار مرجع
پره‌ها و بدنه: شرط بدون لغزش
دامنه چرخان: سرعت زاویه‌ای ثابت یا متغیر بر اساس توان نامی توربین

تحلیل آکوستیکی

پس از استخراج داده‌های فشار ناپایا، ماژول آکوستیک محاسباتی برای تحلیل نویز اعمال شد. روش FW-H (Ffowcs Williams–Hawkings) برای محاسبه موج‌های صوتی ناشی از پره‌ها انتخاب گردید زیرا این روش یکی از کاربردی‌ترین مدل‌ها برای پیش‌بینی نویز آیرودینامیکی rotorها و توربین‌های بادی است.

منابع تولید نویز شامل:

نویز لبه فرار (Trailing Edge Noise)
نویز ناشی از گردابه نوک پره (Tip Vortex Noise)
نویز برخورد لایه مرزی با لبه پره
نویز ناشی از جدایش جریان

نقشه‌های شدت صوت (SPL) در فواصل مختلف و برای زوایای مختلف نسبت به توربین استخراج شد.

نتایج

تحلیل جریان نشان داد که بیشترین گردابه‌ها در انتهای پره تشکیل شده و این ناحیه بیشترین سهم را در تولید نویز دارد. تولید توان توربین در سرعت‌های متوسط باد به مقدار مطلوبی رسید و توزیع فشار در طول پره الگوی مناسب تولید رانش و گشتاور را نشان داد.

در بخش آکوستیک، بیشترین سطح فشار صوتی در عقب پره‌ها و در فرکانس‌های میانی مشاهده شد. افزایش سرعت باد باعث افزایش محسوس نویز در فرکانس‌های پایین شد، در حالی که در فرکانس‌های بالا تغییرات کم‌تری وجود داشت. این نتایج امکان طراحی بهتر لبه‌های پره و اعمال اصلاحات هندسی برای کاهش نویز را فراهم می‌کند.

پر بازدیدترین مطالب

محبوبترین مطالب

پربحثترین مطالب

هندسه و مدل‌سازی

شبکه‌بندی

مدل فیزیکی و معادلات حاکم

شرایط مرزی

تحلیل آکوستیکی

نتایج

برچسبها :

آخرین مطالب

طبقه بندی موضوعی

بایگانی

درباره

پیوندها

کلمات کلیدی