Удосконалення моделі ротора савоніуса додатковими канавками для підвищення продуктивності гідрокінетичної турбіни

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298915

Ключові слова:

гідрокінетична турбіна, ротор Савоніуса, лопатка з канавками, коефіцієнт лобового опору, відносна швидкість гвинта

Анотація

У гідрокінетичних турбінах використовуються різні ротори з технологічних та економічних причин. Незважаючи на низьку продуктивність, у гідрокінетичних турбінах із вертикальною віссю використовується ротор Савоніуса. Об’єктом дослідження є модель ротора Савоніуса з додатковими канавками. У дослідженні розглядається необхідність підвищення ККД та загальної продуктивності моделей роторів Савоніуса в гідрокінетичних турбінах, які широко застосовуються для використання енергії поточних водних потоків. Задача полягає у розумінні того, як різні конфігурації канавок впливають на аеродинамічні характеристики та ефективність вилучення енергії ротора Савоніуса в гідрокінетичних турбінах. Результати випробувань показали, що додавання канавок призвело до помітного підвищення ККД (ɳ) та коефіцієнта опору (CD). Лопатки з канавками показали максимальний ККД 30,97 % та максимальний коефіцієнт лобового опору 2,71. Примітно, що оптимальною моделлю виявилися лопатки з шириною канавки 12,5 мм, що продемонстрували максимальний ККД 35,66 % та коефіцієнт лобового опору 3,08. Це свідчить про суттєве підвищення ККД на 4,69 % та відповідне збільшення коефіцієнта лобового опору на 0,37 для лопаток з канавками. Канавки на рифлених лопатках збільшують тертя, покращуючи продуктивність. Лопатки ротора з канавками значно покращують продуктивність турбіни. Моделі роторів Савоніуса в гідрокінетичних турбінах дозволяють вилучити більше енергії за рахунок оптимізації ширини та розташування канавок для максимального підвищення коефіцієнта лобового опору та ККД. Дослідження стосується проектування та оптимізації гідрокінетичних турбін для виробництва відновлюваної енергії. Із застосуванням результатів даного дослідження інженери та проектувальники можуть покращити продуктивність та ККД моделі ротора Савоніуса в гідрокінетичних турбінах

Спонсор дослідження

  • The author would like to extend their deepest appreciation to the Mechanical Engineering Department at Hasanuddin University in South Sulawesi for their help and support in publishing this study.

Біографії авторів

Petrus Sampelawang, Hasanuddin University; Indonesian Christian Toraja University

Doctoral Student, Graduate Student

Department of Mechanical Engineering

Departement of Mechanical Engineering

Nasaruddin Salam, Hasanuddin University

Doctorate, Professor

Department of Mechanical Engineering

Luther Sule, Hasanuddin University

Doctorate, Professor

Department of Mechanical Engineering

Rustan Tarakka, Hasanuddin University

Doctorate, Professor

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Yuce, M. I., Muratoglu, A. (2015). Hydrokinetic energy conversion systems: A technology status review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 43, 72–82. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.10.037
  2. Maldar, N. R., Ng, C. Y., Oguz, E. (2020). A review of the optimization studies for Savonius turbine considering hydrokinetic applications. Energy Conversion and Management, 226, 113495. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113495
  3. Sule, L., Mochtar, A. A., Sutresman, O. (2020). Performance of Undershot Water Wheel with Bowl-shaped Blades Model. International Journal of Technology, 11 (2), 278. https://doi.org/10.14716/ijtech.v11i2.2465
  4. Talukdar, P. K., Sardar, A., Kulkarni, V., Saha, U. K. (2018). Parametric analysis of model Savonius hydrokinetic turbines through experimental and computational investigations. Energy Conversion and Management, 158, 36–49. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.12.011
  5. Zhang, Y., Kang, C., Ji, Y., Li, Q. (2019). Experimental and numerical investigation of flow patterns and performance of a modified Savonius hydrokinetic rotor. Renewable Energy, 141, 1067–1079. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.04.071
  6. Kumar, A., Saini, R. P. (2017). Performance analysis of a single stage modified Savonius hydrokinetic turbine having twisted blades. Renewable Energy, 113, 461–478. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.06.020
  7. Basumatary, M., Biswas, A., Misra, R. D. (2018). CFD analysis of an innovative combined lift and drag (CLD) based modified Savonius water turbine. Energy Conversion and Management, 174, 72–87. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.08.025
  8. Alizadeh, H., Jahangir, M. H., Ghasempour, R. (2020). CFD-based improvement of Savonius type hydrokinetic turbine using optimized barrier at the low-speed flows. Ocean Engineering, 202, 107178. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.107178
  9. Sarma, N. K., Biswas, A., Misra, R. D. (2014). Experimental and computational evaluation of Savonius hydrokinetic turbine for low velocity condition with comparison to Savonius wind turbine at the same input power. Energy Conversion and Management, 83, 88–98. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.03.070
  10. Tian, W., Mao, Z., Ding, H. (2018). Design, test and numerical simulation of a low-speed horizontal axis hydrokinetic turbine. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 10 (6), 782–793. https://doi.org/10.1016/j.ijnaoe.2017.10.006
  11. Zahariev, M. E. (2016). Flow diagnostics and optimal design of vertical axis wind turbines for urban environments. University of Huddersfield. Available at: https://eprints.hud.ac.uk/id/eprint/31542/
  12. Salam, N., Tarakka, R., Jalaluddin, Jimran, M. A., Ihsan, M. (2021). Flow Separation in Four Configurations of Three Tandem Minibus Models. International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, 10 (5), 236–247. https://doi.org/10.18178/ijmerr.10.5.236-247
  13. Torres, S., Marulanda, A., Montoya, M. F., Hernandez, C. (2022). Geometric design optimization of a Savonius wind turbine. Energy Conversion and Management, 262, 115679. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115679
  14. Sharma, S., Sharma, R. K. (2016). Performance improvement of Savonius rotor using multiple quarter blades – A CFD investigation. Energy Conversion and Management, 127, 43–54. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.08.087
  15. Kerikous, E., Thévenin, D. (2019). Optimal shape of thick blades for a hydraulic Savonius turbine. Renewable Energy, 134, 629–638. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.11.037
  16. Sodjavi, K., Ravelet, F., Bakir, F. (2018). Effects of axial rectangular groove on turbulent Taylor-Couette flow from analysis of experimental data. Experimental Thermal and Fluid Science, 97, 270–278. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2018.04.022
  17. Kerikous, E., Thévenin, D. (2019). Performance Enhancement of a Hydraulic Savonius Turbine by Optimizing Overlap and Gap Ratios. Volume 2: Combustion, Fuels, and Emissions; Renewable Energy: Solar and Wind; Inlets and Exhausts; Emerging Technologies: Hybrid Electric Propulsion and Alternate Power Generation; GT Operation and Maintenance; Materials and Manufacturing (Including Coatings, Composites, CMCs, Additive Manufacturing); Analytics and Digital Solutions for Gas Turbines/Rotating Machinery. https://doi.org/10.1115/gtindia2019-2670
  18. Soenoko, R., Purnami, P. (2019). Bowl bladed hydrokinetic turbine with additional steering blade numerical modeling. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (100)), 24–36. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.173986
  19. Cengel, Y., Cimbala, J. (2013). Fluid mechanics fundamentals and applications. McGraw Hill, 1000.
  20. Kini, C. R., Sharma, N. Y., Shenoy B., S. (2017). Fluid Structure Interaction Study of High Pressure Stage Gas Turbine Blade Having Grooved Cooling Channels. International Review of Mechanical Engineering (IREME), 11 (11), 825. https://doi.org/10.15866/ireme.v11i11.12465
  21. Ahmadi-Baloutaki, M., Carriveau, R., Ting, D. S.-K. (2013). Effect of free-stream turbulence on flow characteristics over a transversely-grooved surface. Experimental Thermal and Fluid Science, 51, 56–70. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2013.07.001
  22. Wan Yahaya, W. M. A., Samion, S., Mohd Zawawi, F., Musa, M. N., Najurudeen, M. N. A. (2020). The Evaluation of Drag and Lift Force of Groove Cylinder in Wind Tunnel. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 68 (2), 41–50. https://doi.org/10.37934/arfmts.68.2.4150
  23. Gowree, E. R., Jagadeesh, C., Atkin, C. J. (2019). Skin friction drag reduction over staggered three dimensional cavities. Aerospace Science and Technology, 84, 520–529. https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.11.001
  24. Seo, S.-H., Hong, C.-H. (2015). Performance improvement of airfoils for wind blade with the groove. International Journal of Green Energy, 13 (1), 34–39. https://doi.org/10.1080/15435075.2014.910777
  25. Yao, J., Teo, C. J. (2022). Drag reduction by a superhydrophobic surface with longitudinal grooves: the effects of the rib surface curvature. Journal of Turbulence, 23 (8), 405–432. https://doi.org/10.1080/14685248.2022.2094936
  26. Chehouri, A., Younes, R., Ilinca, A., Perron, J. (2015). Review of performance optimization techniques applied to wind turbines. Applied Energy, 142, 361–388. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.12.043
Удосконалення моделі ротора савоніуса додатковими канавками для підвищення продуктивності гідрокінетичної турбіни

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-28

Як цитувати

Sampelawang, P., Salam, N., Sule, L., & Tarakka, R. (2024). Удосконалення моделі ротора савоніуса додатковими канавками для підвищення продуктивності гідрокінетичної турбіни . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8 (127), 28–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298915

Номер

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

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Petrus Sampelawang, Nasaruddin Salam, Luther Sule, Rustan Tarakka

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.