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

توربین بادی داریوس برخلاف توربین های محورافقی با مشکل خود راه اندازی و نوسان بالا در گشتاور خروجی مواجه است. محاسبه شتاب و گشتاور نوسانی توربین های بادی محورعمودی، به دلیل نیاز به تکنیک های مبتنی بر شبکه بندی و حل همزمان معادلات اویلری حاکم بر جریان سیال و معادلات لاگرانژی حاکم بر بدنه صلب توربین، از پیچیدگی و محاسبات بالایی برخوردار بوده و تابعی از ممان اینرسی توربین است. اما در بیشتر مطالعات پیشین بدون توجه به این اثر، سرعت زاویه ای توربین ثابت فرض شده است. در این مطالعه با محاسبه برآیند نیروهای آیرودینامیکی ناشی از باد و نیروهای خارجی ناشی از اصطکاک و ژنراتور، از قانون دوم نیوتن، شتاب، و با انتگرال گیری از آن در گام های زمانی، سرعت و موقعیت توربین محاسبه می شود. معادلات حاکم بر سیال بر اساس روش حجم محدود گسسته و توسط الگوریتم پیزو حل شده است. شبیه سازی به صورت غیرپایا و از شبکه پویا برای بررسی حرکت روتور استفاده شده است. نتایج توانسته اثر متقابل جریان باد و تیغه های صلب در روند افزایش سرعت توربین را بررسی و حرکت روتور را از لحظه سرعت صفر تا زمانی که توربین به سرعت حدی خود می رسد شبیه سازی کند. علل کاهش گشتاور در سرعت دورانی پایین تر از حد بهینه بررسی و نشان داده شده واماندگی بالا و گریز جریان از داخل روتور بدون برخورد با تیغه ها، در سرعت های دورانی پایین، موجب افت توان تولیدی می شود. ممان اینرسی نقش مهمی بر فرکانس و دامنه ی سرعت زاویه ای، نوسانات گشتاور خروجی و توان خروجی توربین داشته که در تحلیل پدیده خستگی از اهمیت زیادی برخوردار است.