تحلیل لایه مرزی سه بعدی بر روی پره های توربین بادی 660 کیلو واتی

در این مطالعه، جریان لایه مرزی بر روی پره های توربین بادی و نحوه رخ دادن جدایش بر روی پره، به شکل سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. برای تحلیل لایه مرزی سه بعدی و تعیین نقاط جدایش بر روی پره، ابتدا معادلات ناویر استوکس برای جریان تراکم ناپذیر بر روی یک پره چرخان به دست آمده است. سپس، با تفکیک میدان جریان به دو ناحیه لزج و غیر لزج، معادلات حاکم بر میدان لزج استخراج شده اند. پس از آن، با انتگرال گیری از معادلات به دست آمده، معادلات انتگرال مومنتوم شعاعی و وتری برای یک پره چرخان تدوین شده است. برای حل معادلات انتگرالی مومنتوم، کمیت های انتگرالی در لایه مرزی سه بعدی تعریف شده و پروفیل های سرعت در جریان آرام و آشفته حدس زده شده است. سپس، با استفاده از حل میدان غیر لزج و پروفیل های سرعت و جداسازی جملات مشتقی، معادلات انتگرال مومنتوم به شکل عددی حل شده اند. در نهایت، ابزاری برای تحلیل لایه مرزی و تعیین نقاط جدایش در سرعت های چرخش و باد متفاوت به دست آمده است. با محاسبه کمیت های انتگرالی و نقاط جدایش، مشخصه های هندسی موثر بر روی نقاط جدایش و ساختار واماندگی مشخص شده اند. نتایج نشان می‏دهند که سرعت چرخش، سرعت باد، نسبت منظری و موقعیت شعاعی، چهار عامل تأثیرگذار در نحوه ایجاد جدایش هستند و با کنترل آنها می‏توان، جدایش و واماندگی را به تأخیر انداخت. ناحیه نزدیک به ریشه به شدت تحت تأثیر اثرات چرخش است. مکش گریز از مرکز حاصل از چرخش، به خصوص در نواحی نزدیک به ریشه، موجب کاهش ضخامت لایه مرزی و به تعویق افتادن جدایش و افزایش ضرایب آیرودینامیکی پره می شوند. با استفاده از این چهار عامل تاثیر گذار به دست آمده، مدلی جدید برای محاسبه ضرایب آیرودینامیکی بر روی پره های چرخان ارائه شده است. با استفاده از مدل جدید ارائه شده و چهار مدل تاخیر واماندگی دیگر، ضرایب آیرودینامیکی بر روی پره های توربین محاسبه شده و نتایج به دست آمده با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده دقت بالای مدل ارائه شده و مدل اسنل نسبت به دیگر مدل ها است.