Виявлення деяких закономірностей аеродинаміки навколо вітрових турбін з вертикальною віссю обертання

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298599

Ключові слова:

комбінована лопать, фіксована лопать, Ansys-Fluent, момент сил

Анотація

Конструкція вітряних турбін з вертикальною віссю обертання досить проста, що успішно підвищує рівень ККД. Існуючі лопатеві вітрові турбіни мають відсутність струмів у вигляді негативного крутного моменту, а установки, що працюють на ефекті Магнуса, мають низький підйом. У зв’язку з цим розробка і дослідження установок, що працюють на швидкостях від 3 м/сек, з комбінованими лопатями з підвищеною ефективністю роботи, є актуальною темою.

Об’єктом дослідження є вітряна турбіна, що складається з системи обертових циліндрів і нерухомих лопатей, що працюють при низьких швидкостях повітряного потоку, починаючи з 3 м/с. Чисельні дослідження проводилися з використанням програми Ansys Fluent і реалізованої моделі турбулентності k-ε. Особливістю роботи є комбіноване використання двох підйомних сил: циліндра і нерухомих лопатей, що дозволило збільшити вихідні аеродинамічні параметри. Розрахунки були виконані для швидкостей вхідного потоку 3 м/сек, 9 м/сек, 15 м/сек і швидкостей обертання циліндра 315 об/хв, 550 об/хв, 720 об/хв.визначено, що період зміни моменту сил T становить 0,5 м/сек, що відповідає 2 оборотам вітроколеса в хвилину. Було встановлено, що частота обертання циліндра в діапазоні від 315 об/хв до 720 об/хв не впливає на період зміни моменту сил, але амплітуда моменту сил збільшується зі зменшенням частоти обертання. Також отримані залежності швидкості обертання вітроколеса від швидкості набігаючого потоку, знайдені методом ковзних сіток і 6DOF. Визначено, що установка починає здійснювати обороти від 3 м/c, при позитивному крутному моменті сил. Область практичного застосування чисельних результатів буде корисною для подальших досліджень комбінованих вітрових турбін

Біографії авторів

Nazgul Tanasheva, Karaganda Buketov University

PhD, Associate Professor

Department of Engineering Thermophysics

Gulden Ranova, Karaganda Buketov University

Doctoral Student

Department of Engineering Thermophysics

Amangeldy Satybaldin, Karaganda Buketov University

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor

Department of Engineering Thermophysics

Ainura Dyusembaeva, Karaganda Buketov University

PhD, Associate Professor

Department of Engineering Thermophysics

Asem Bakhtybekova, Karaganda Buketov University

Doctoral Student

Department of Engineering Thermophysics

Nurgul Shuyushbayeva, Kokshetau University named after Sh. Ualikhanov

PhD, Associate Professor

Department of Mathematics, Physics and Computer Science

Sholpan Kyzdarbekova, Karaganda Buketov University

Master's degree, Senior Lecturer

Department of Engineering Thermophysics

Indira Sarzhanova, Karaganda Buketov University

Master of Technical Sciences

Department of Engineering Thermophysics

Nurgul Abdirova, Karaganda Buketov University

Teacher, Master of Pedagogical Sciences

Department of Engineering Thermophysics

Посилання

  1. Elgendi, M., AlMallahi, M., Abdelkhalig, A., Selim, M. Y. E. (2023). A review of wind turbines in complex terrain. International Journal of Thermofluids, 17, 100289. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100289
  2. Maheshwari, Z., Kengne, K., Bhat, O. (2023). A comprehensive review on wind turbine emulators. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 180, 113297. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113297
  3. Kataray, T., Nitesh, B., Yarram, B., Sinha, S., Cuce, E., Shaik, S. et al. (2023). Integration of smart grid with renewable energy sources: Opportunities and challenges – A comprehensive review. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 58, 103363. https://doi.org/10.1016/j.seta.2023.103363
  4. Wilberforce, T., Olabi, A. G., Sayed, E. T., Alalmi, A. H., Abdelkareem, M. A. (2023). Wind turbine concepts for domestic wind power generation at low wind quality sites. Journal of Cleaner Production, 394, 136137. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136137
  5. Ganti, G., Gidden, M. J., Smith, C. J., Fyson, C., Nauels, A., Riahi, K., Schleußner, C.-F. (2023). Uncompensated claims to fair emission space risk putting Paris Agreement goals out of reach. Environmental Research Letters, 18 (2), 024040. https://doi.org/10.1088/1748-9326/acb502
  6. Li, J., Peng, K., Wang, P., Zhang, N., Feng, K., Guan, D. et al. (2020). Critical Rare-Earth Elements Mismatch Global Wind-Power Ambitions. One Earth, 3(1), 116–125. https://doi.org/10.1016/j.oneear.2020.06.009
  7. Global Wind Report 2022. Available at: https://gwec.net/global-wind-report-2022/
  8. Liu, Z., Sing, J. J., Schwerdtfeger, P. (2023). Investigations of aerodynamics of three-bladed combined type wind turbine. Experimental and Theoretical NANOTECHNOLOGY, 171–180. https://doi.org/10.56053/7.1.171
  9. Ahmad, M., Shahzad, A., Qadri, M. N. M. (2022). An overview of aerodynamic performance analysis of vertical axis wind turbines. Energy & Environment, 34 (7), 2815–2857. https://doi.org/10.1177/0958305x221121281
  10. Tanasheva, N., Tleubergenova, A., Dyusembaeva, A., Satybaldin, A., Mussenova, E., Bakhtybekova, A. et al. (2023). Determination of the aerodynamic characteristics of a wind power plant with a vertical axis of rotation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (8 (122)), 36–43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.277759
  11. Kumar, R., Raahemifar, K., Fung, A. S. (2018). A critical review of vertical axis wind turbines for urban applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 89, 281–291. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.033
  12. Dewan, A., Gautam, A., Goyal, R. (2021). Savonius wind turbines: A review of recent advances in design and performance enhancements. Materials Today: Proceedings, 47, 2976–2983. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.05.205
  13. Pan, J., Ferreira, C., van Zuijlen, A. (2022). Estimation of power performances and flow characteristics for a Savonius rotor by vortex particle method. Wind Energy, 26 (1), 76–97. https://doi.org/10.1002/we.2788
  14. Noman, A. A., Tasneem, Z., Sahed, Md. F., Muyeen, S. M., Das, S. K., Alam, F. (2022). Towards next generation Savonius wind turbine: Artificial intelligence in blade design trends and framework. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 168, 112531. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112531
  15. Khudri Johari, M., Azim A Jalil, M., Faizal Mohd Shariff, M. (2018). Comparison of horizontal axis wind turbine (HAWT) and vertical axis wind turbine (VAWT). International Journal of Engineering & Technology, 7 (4.13), 74. https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.13.21333
  16. Mohamed, O. S., Ibrahim, A. A., Etman, A. K., Abdelfatah, A. A., Elbaz, A. M. R. (2020). Numerical investigation of Darrieus wind turbine with slotted airfoil blades. Energy Conversion and Management: X, 5, 100026. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2019.100026
  17. Yousefi Roshan, M., Khaleghinia, J., Eshagh Nimvari, M., Salarian, H. (2021). Performance improvement of Darrieus wind turbine using different cavity layouts. Energy Conversion and Management, 246, 114693. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114693
  18. Tanasheva, N. K., Bakhtybekova, A. R., Shaimerdenova, K. M., Sakipova, S. E., Shuyushbayeva, N. N. (2022). Correction to: Modeling Aerodynamic Characteristics of a Wind Energy Installation with Rotating Cylinder Blades on the Basis of the Ansys Suite. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 95 (3), 846–846. https://doi.org/10.1007/s10891-022-02542-7
  19. Tanasheva, N. K., Bakhtybekova, A. R., Shuyushbayeva, N. N., Tussupbekova, A. K., Tleubergenova, A. Zh. (2022). Calculation of the Aerodynamic Characteristics of a Wind-Power Plant with Blades in the Form of Rotating Cylinders. Technical Physics Letters, 48 (2), 51–54. https://doi.org/10.1134/s1063785022020092
  20. Alassaf, O., Lukin, A., Demidova, G., Kozlov, G., Volkhontsev, A., Poliakov, N. (2022). Cylindrical Blades Magnus Wind Turbine Optimization and Control System. 2022 29th International Workshop on Electric Drives: Advances in Power Electronics for Electric Drives (IWED). https://doi.org/10.1109/iwed54598.2022.9722582
  21. Al bkoor Alrawashdeh, K., Gharaibeh, N. S., Alshorman, A. A., Okour, M. H. (2021). Magnus Wind Turbine Effect Vertical Axis Using Rotating Cylinder Blades. JJMIE, 15 (2), 233–441. Available at: https://jjmie.hu.edu.jo/vol15-2/08-jjmie-48-19.pdf
  22. Lukin, A., Demidova, G., Lukichev, D., Poliakov, N., Anuchin, A. (2023). Optimization of Cylindrical Blades for Wind Turbine Based on Magnus Effect. 2023 International Conference on Electromechanical and Energy Systems (SIELMEN). https://doi.org/10.1109/sielmen59038.2023.10290749
  23. Dyusembaeva, A. N., Tleubergenova, A. Zh., Tanasheva, N. K., Nussupbekov, B. R., Bakhtybekova, A. R., Kyzdarbekova, Sh. S. (2023). Numerical investigation of the flow around a rotating cylinder with a plate under the subcritical regime of the Reynolds number. International Journal of Green Energy, 21 (5), 973–987. https://doi.org/10.1080/15435075.2023.2228394
  24. Jeyan, J. V. M. L., Rupesh, A., Lal, J. (2018). Aerodynamic Shape Influence and Optimum Thickness Distribution Analysis of Perceptive Wind Turbine Blade. International Journal of Emerging Research in Management and Technology, 7 (3), 1. https://doi.org/10.23956/ijermt.v7i3.6
  25. Prakoso, A. P., Warjito, W., Siswantara, A. I., Budiarso, B., Adanta, D. (2019). Comparison Between 6-DOF UDF and Moving Mesh Approaches in CFD Methods for Predicting Cross-Flow Pico- Hydro Turbine Performance. CFD Letters, 11 (6), 86–96. Available at: https://www.researchgate.net/publication/334446983_Comparison_Between_6-DOF_UDF_and_Moving_Mesh_Approaches_in_CFD_Methods_for_Predicting_Cross-Flow_Pico-_Hydro_Turbine_Performance
  26. Yi, W., Bertin, C., Zhou, P., Mao, J., Zhong, S., Zhang, X. (2022). Aerodynamics of isolated cycling wheels using wind tunnel tests and computational fluid dynamics. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 228, 105085. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2022.105085
  27. Liu, H., Yang, S., Tian, W., Zhao, M., Yuan, X., Xu, B. (2020). Vibration Reduction Strategy for Offshore Wind Turbines. Applied Sciences, 10 (17), 6091. https://doi.org/10.3390/app10176091
Виявлення деяких закономірностей аеродинаміки навколо вітрових турбін з вертикальною віссю обертання

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-28

Як цитувати

Tanasheva, N., Ranova, G., Satybaldin, A., Dyusembaeva, A., Bakhtybekova, A., Shuyushbayeva, N., Kyzdarbekova, S., Sarzhanova, I., & Abdirova, N. (2024). Виявлення деяких закономірностей аеродинаміки навколо вітрових турбін з вертикальною віссю обертання. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8 (127), 38–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298599

Номер

Том 1 № 8 (127) (2024): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Nazgul Tanasheva, Gulden Ranova, Amangeldy Satybaldin, Ainura Dyusembaeva, Asem Bakhtybekova, Nurgul Shuyushbayeva, Sholpan Kyzdarbekova, Indira Sarzhanova, Nurgul Abdirova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.