پره توربین بادی از مواد کامپوزیتی ساخته می شود و در معرض بارهای تصادفی نوسانی قرار می گیرد. انجام آزمون های پره کامل توربین بادی به دلیل اهمیت پره، رفتار پیچیده مواد کامپوزیتی به کار رفته و بارگذاری نوسانی با دامنه متغیر، الزامی می باشد. سازندگان برای اطمینان از تحمل بارهای وارده باید آزمون های استاتیکی و خستگی پره کامل توربین بادی را مطابق با استانداردهای بین المللی انجام دهند. در این پژوهش دستگاه آزمون پره توربین بادی کوچک که توانمندی انجام آزمون های استاتیکی و خستگی مطابق با استانداردهای بین المللی را دارد، معرفی گردیده است. واحد کنترل این دستگاه برای انجام آزمون خستگی با بارگذاری بلوکی در محدوده فرکانس 1 تا 3 هرتز ارتقا داده شده است. کنترلگرهای تناسبی-انتگرالی و مقاوم برای دستگاه طراحی و تحلیل شده اند. به علت عدم کارایی مناسب کنترلگرهای طراحی شده در ردیابی سیگنال مرجع، کنترلگر تطبیقی پیشخور بر مبنای الگوریتم زمان بندی بهره طراحی و به کنترلگر مقاوم اضافه شده است. کنترلگر مقاوم باعث جبران عدم قطعیت ناشی از عدم مدل سازی دینامیک فرکانس بالای سیستم و حذف اثر نویز اندازه گیری می گردد. کنترلگر تطبیقی عدم قطعیت فرکانس پایین سیستم را جبران می کند. آزمایشات متعدد انجام شده در محدوده فرکانسی مورد نظر موید صحت عملکردی واحد کنترل توسعه یافته می باشد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

نسبت ضریب برآ به پسا در پره های توربین بادی، از پارامترهای تاثیرگذار در ضریب توان توربین بادی می باشد. با توجه به کارآیی توربین های بادی مگنوس در سرعت های کم وزش باد، این نوع توربین ها مورد توجه بسیاری از محققین بوده است. در کار حاضر، هندسه جدیدی برای مقطع پره توربین های بادی مگنوس معرفی می شود. هندسه معرفی شده، برپایه هندسه تردمیل می باشد با این تفاوت که قطر دایره ابتدای آن از قطر دایره انتهای آن بیشتر است. در کار حاضر با قرار دادن این هندسه در معرض جریان هوا با سرعت کم و ایجاد سرعت مماسی روی سطح، تاثیر آن بر ضرایب برآ و پسا به روش عددی بررسی می شود. اثر ایجاد سرعت مماسی روی سطح در سرعت ها و زوایای حمله مختلف بررسی می شود و با وضعیت سطح بدون سرعت مقایسه می گردد. نتایج نشان می دهد به واسطه سرعت مماسی سطح، ضرایب برآ و پسا و نسبت این دو ضریب تغییر چشمگیری می یابد. در اثر حرکت مماسی سطح، بیشترین نسبت ضریب برآ به پسا مربوط به زاویه حمله صفر درجه بوده که مقدار آن برابر با 109 می باشد. علاوه بر این، بیشینه نسبت ضریب برآ به پسا در زاویه حمله 5 درجه برابر 81، در زاویه حمله 10 درجه برابر 64 و در زاویه حمله 15 درجه برابر 57 می باشد. قابل ذکر است که نتایج این روش جهت تعیین سرعت گردش مناسب سطح، باتوجه به زاویه حمله و سرعت جریان هوای آزاد، برای رسیدن به بیشترین نسبت ضریب برآ به ضریب پسا قابل استفاده خواهد بود.

استفاده از پره های راهنما روشی مناسب برای بهبود عملکرد آیرودینامیکی توربین بادی ساونیوس است. پره های راهنما انرژی جریان باد اطراف توربین جریان باد را جمع آوری و به سمت قسمت مقعر روتور هدایت می کنند که موجب افزایش ضریب توان توربین می شود. در این مقاله، تاثیر پره راهنما بر روی عملکرد توربین ساونیوس مورد ارزیابی عددی قرار گرفته است. برای شبیه سازی جریان آشفته و گذرا در اطراف توربین از نرم افزار انسیس فلوینت استفاده شده است. طرح های پیشنهادی برای پره های راهنما شامل تعداد پره های 4، 5 و 6 می باشند که در هرکدام از آن ها، پره ها در زوایای 30، 40، 50 و 60 درجه قرار گرفته اند. نتایج عددی ضرایب توان و گشتاور نشان دهنده این است که پره های راهنما، باعث بهبود قابل توجه عملکرد توربین ساونیوس می شوند. برای توربین دارای 5 پره راهنما که در زاویه قرارگیری 30 درجه، ماکزیمم ضریب توان 51/0 می باشد که نشان دهنده افزایش 183 درصدی در مقایسه با توربین بدون پره راهنماست. ماکزیمم ضرایب توان برای توربین با تعداد پره های راهنمای 4 و 6 به ترتیب 42/0 و 49/0 است که در مقایسه با توربین ساونیوس بدون پره های راهنما به ترتیب به مقدار 133 و 172 درصد افزایش یافته اند.

هدف اصلی طرح حاضر بررسی آزمایشگاهی و عددی برداشت انرژی آیروالاستیک از نوسانات ناشی از جریان عبوری از یک تیر مرکب پیزوالکتریک انعطاف پذیر نصب شده به صورت عمودی بر کف به عنوان پایه برای یک استوانه صلب با سطح مقطع های مربعی، دایره ای و ترکیبی به منزله یک پیکربندی ساده از توربین های بدون پره می باشد. در این آزمایش با استفاده از یک سیستم دمنده، جریان عبوری از روی توربین بادی بدون پره را تغییر داده و در نتیجه نوسانات آن، انرژی جنبشی حاصله توسط تکه پیزوالکتریک چسبانده شده در ریشه تیر الاستیک جذب شده است. با توجه به نتایج حاصله، حداکثر توان برداشت شده بدون بعد برای سطح مقطع1 در سرعت های حدود m/s 4/3 در حدود 8/1 و 50 برابر سطح مقطع3 و سطح مقطع5 بوده است. همچنین در این سرعت، سطح زیر نمودار توان برداشت شده بر حسب زمان برای سطح مقطع1 در حدود 6 برابر سطح مقطع3 بوده است. در این راستا، در سطح مقطع1 با افزایش سرعت از m/s 8/2 به m/s 4/3  مشاهده می شود که برداشت انرژی بدون بعد حدود 5/3 برابر رشد کرده، که این به معنای افزایش راندمان کاری سیستم در سرعت های بالاتر است.