Thiết kế và mô phỏng turbin gió trục ngang loại 20KW

Thiết kế và mô phỏng turbin gió trục ngang loại 20KW

1      ! "# $% "&'() $*+(( ,- $./01234536+(( 7849:;) <=,->?4& ,- $./0>?4&@9AB 7-C-&D)((.()E"F 7#&C#&D)(( 7G(H& 77IJ2J?,& 7< K& 7L5M <5>NO>/P>&>QR <SD1TQR <./12'5>N L"-.U12'V$ WXYZ"Y[\ 5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  2   de./0 .2'$16 T(2fg13*>&I+& 25>be./0) 2,2)CfM' .()e./0'b3)bI&)( /0bh?,-de./0) ,T4.22((& Ki.? 41&D4>&I/ ZbjbG&>bh k11'Vl$U>+TC-b_'gK>>mn CCe12V)C-1Te./0b(C&de ./0,T4JfC5 + &>!KC&b_'o.0-.2 P7EEEC'pIcde./0.26JdJ2(_/-1T1q# q.=2,b_'(2(2I3lJde./0_2n e'f ?,bC&e./0  /02/D?' _ T2r-C-12'5>N.()E"Fsbt:' u-C-.()2,3((f41.() u /0.v>V wm'bJ(5,F:3FJ3m36bi CI''36x >/P>&>QR?,.2'$ T26,b.cD*-,c ?, g.2'$ T2'1M1U,(D&.2' d&t:'C5& CNn3312)-1TC-!t:'6'(U /03*>= 12 &&+&f,5&(($'5 5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  3      _TPmI.():(TM!C&`:(6)( () $b:(536,:(34&D),cI: :(.()Pm3 ?,`:12: !   YM: ?,.()>S-cq/p - 536>& i12e'F -12F - Rm1U4() $i<'y3zL'y3 - T($4{'@.()536NB|E'@.()536.B - 84&D)z7&D) - 9&C#&D)i7'z<L' - 841oD,&D)E|<E1oy>t 34 K I'+` - ?,.2.()36(6 - #0>1T1U4C& - YMJ)12C#/.c oN}34(2( - ,4 T}/ I ~(1•)VD, 6 c}#0>(/P1U4S q 5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  4 YM8P d6)( a   YM7: ! ?,.2.()'>&I(pf ?, - Rm1U4() $7z<E'y3 - T(J/7E' - 84&D)z<& - 9&C#&D)J/E' K I'` - Rm1U4() $.2C&$ 5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  5 - () $C5>$12(/+1U4JoC#cI .v> KV1q#1U4(1Jom,C5S q - ,c36+}OLE€3(1C() $Vk1U4  !"#  $%&'(")*''  YM8*, S&>36121U4D: ?,.23P d'cm&- S+Jom,C D •((_& 534 ∞ , d , w .f./0 K/(Jom,V~15k>#/((b )((b12~15kV>#3(( ‚ƒ q.Um((2C4./0(Jom,D(()7-JV~15 k>#/b>#312,)((` ρ . A ∞ . U ∞ „ ρ . A d . U d „ ρ . A w . U w K U d =U ∞ (1−a) @B ,12(I!c /0` 5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  6 A ∞ .U ∞ = ( 1−a ) . A d .U ∞ @B 6,O1((J# A d M/P!1>fJ#  A ∞ = ( 1−a ) . A d +JoC5C#.2( Se./01((Y34 a  /0 %.234…>+Jom,?,.234 K/(3*( Se ./0nJoC5C#12(( +,"-./01%234*'' R('K/12'K3((/m,1T&>36c36.*12.* 2,.,c?, S $./0+JoC#D(( p ¿ −¿ +¿− p d ¿ . A d F=¿ ¿ „@ U ∞ z U w B ρ . A d . U d @7B G/PM9:.(Jom, 1 2 . ρ .U 2 + p+ ρ . g .h=constant †>J(Jom,/ • +¿+ρ d .g. h d 1 2 .ρ ∞ . U ∞ 2 +ρ ∞ . g. h ∞ = 1 2 . ρ d .U d 2 + p d ¿ +¿ 1 2 . ρU ∞ 2 = 1 2 ρ . U d 2 + p d ¿ @<B /P*/1U,(Jom,3 • −¿ 1 2 . ρU w 2 = 1 2 ρ .U d 2 + p d ¿ @LB "-0>@77B12@7<B p ¿ −¿ +¿−p d ¿ = 1 2 ρ .(U ∞ 2 −U w 2 ) ¿ ¿ 5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  7 ,12(>/PM@7B /0 1 2 . ρ ( U ∞ 2 −U w 2 ) . A d = ( U ∞ −U w ) . ρ. A d . U d 2 U d =U ∞ (1−a) c U w = ( 1−2 a ) .U ∞ @{B T2,•.21U412(((121U4V~15k>#3(( T m' ./0 a .U ∞ ,12(I!@<B F= ( U ∞ −U w ) . ρ . A d .U d =2.ρ . A d U ∞ 2 a(1−a) @‡B 536,T(((#.25uV+JoC# 1−a ¿ 2 P=F . U d =2. ρ . A d U ∞ 3 a¿ @ˆB Y34536+((.2‰34n5,T(((12 $eJo C# DJ#Dƒ+((( P1qp η= P 1 2 . ρ. U ∞ 3 . A d ,12(c 1−a ¿ 2 η=4 a¿ @7ˆB 562789:( )(2'I!@7ˆB:( a  5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  8 d η da =4 ( 1−a ) ( 1−3. a ) =0 6,O a= 1 3 Š η max = 16 27 =0,593 !.236+(('~?,g#.2$J q.U9:; /0 21U.=/p!Z.:9:;M'12(e'‹{_'%.()M T C5I ) /034536.62,"5>m3*)C- C-'2.2Jom,+C5C#12(q…> 3(1Jom,*J( DT'K(( _2 T2, u /0!'(*-& )2,, T36} )7Ez<L€ ;<=+,>?2$ *&J.c>?4&>$12,-4I, S /0.2C# /&126p3*~& q1U4/P 41&2>f1U 4,I $J%:(&C#+&(((/C5 &CI 9- /0MJ&>?4&I~& q /0&34.*?12.* m C l ,C d 12-c+t:(6 ‚ƒD,11U4.2 Ω 121U4JoC#.2 U ∞  5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  9 &b&C#Œ12TJ2J?,.2 K&.2 β .2 n /pC# $&12'K>xD,+ • m,-4 c , β  TI-c:(&C#&D) )>?4&b1U4->,-+>?4&.2 Ωr 121U4-> ,-+1-.2 a ' Ωr R( 1U4->,-/P 4+JoC#1>? 5&.2 1+a (¿¿')Ωr ¿ 5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  10 '&1U4(1U4/P 4+Jom,1>?4& 1+a ' ¿ 2 1−a ¿ 2 +Ω 2 r 2 ¿ U ∞ 2 ¿ W= √ ¿ @‹B _2 ϕ  /0~& qVI!` sin ϕ= U ∞ .(1−a) W cos ϕ= Ωr (1+ a ') W 6+>?4&` α=ϕ−β " .*?12.*m.c>?4&.2` L= 1 2 .W 2 . c .C l .r D= 1 2 .W 2 . c . C d .r 5 ]  ^ ' ^ ,,8_Y`G a '? ^ ZbY( ] Yc ^  [...]... (2.13) 3 Thiết kế cánh quạt rotor loại 20KW Yêu cầ u: Tốc độ gió khởi động 2,5 m/s Tốc độ gió bắt đầu phát 3 m/s Tốc độ gió định mức 14 m/s Tốc độ gió gập đuôi 16 m/s Công suất định mức 20KW Tốc độ quay Rotor 0-160 vg/ph Loại turbine : 3 cánh , gió ngang 3.1 Tính bán kính cánh qua ̣t rotor Turbine gió công suất 20KW hoạt động ở vận tốc gió định mức 14 m/s.Dựa vào công thức tính hiệu suất của turbine... và lực đẩy,tỉ lệ trượt,hệ số áp suất khỏe nhất và nhỏ nhất đã được quan tâm đến Vào những thập niên trước,thường sử dụng họ cánh cho turbin gió trục ngang (HAWTs) là các họ NACA 44xx,NACA 23xxx,NACA 63xxx, và NACA LS Loại turbine gió sử dụng để tính toán trong phần này là loại có kích thước 510m.Các nhà nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra yêu cầu cho loại turbine này như sau : - Hệ số lực nâng lớn nhất... suất turbine cực đại đạt được theo lý thuyết là 0.593 nhưng các turbine gió ngày nay thì chỉ đạt giá trị η = 0.3 – 0.5 R= Vậy bán kính cánh quạt rotor là : Với P= 20KW ρ= U∞ P 1 3 ρ U ∞ π η 2 (3.2) ( công suất định mức ) 1,225 kg/m3 (khối lượng riêng của không khí) = 14m/s (Vận tốc gió định mức) Thay số vào ta được R = 2.75 – 3.55 m Mục đích của tính toán này là đi tìm hiệu suất của turbine gió đã... hệ giữa công suất định mức với vận tốc gió Đồ án máy bay SVTH: Pha ̣m Tuấ n Anh,Hoàng Minh Hiế u 32 5.Kết luận và mở rộng Do kiến thức bản thân còn hạn chế và thời gian có hạn nên chúng em mới chỉ dừng lại ở mô phỏng Vấn đề mà chúng em chưa khắc phục được khi chạy trên Ansys CFX,đó là các interface của các domain vẫn chưa liên kết được với nhau,dẫn đến kết quả của bài toán không chính xác Hướng... Tuấ n Anh,Hoàng Minh Hiế u 27 Hình 4.3 Trường vận tốc quanh turbine ở mặt cắt ngang Hình 4.4 Trường vận tốc quanh turbin ở mặtc ắt thẳng đứng ngay sau cánh Đồ án máy bay SVTH: Pha ̣m Tuấ n Anh,Hoàng Minh Hiế u 28 Hình 4.5 Sự phân bố áp suất trên cánh Kết quả thu được từ Ansys CFX ta thấy sự phân bố vận tốc và áp suất trước và sau turbine là không chính xác so với lý thuyết đã chỉ ra Đồ án... các ngành xây dựng,sức khỏe và an toàn,công nghệ,điện tử,môi trường,y học,… CFX bao gồm 5 công cụ phần mềm: 4.2 Chia lưới và mô phỏng Ta đặt turine trên tháp cao 12m,vùng tính toán là hình hộp chữ nhật có kích thước Dài × Rộng × Cao = 40m×30m×20 Đồ án máy bay SVTH: Pha ̣m Tuấ n Anh,Hoàng Minh Hiế u 26 Hình 4.1 Miền tính toán Hình 4.2 Một góc lưới của miền tính toán Kết quả thu được trên Ansys... gần phía trục quay thì dây cung của phân tố cánh càng lớn dẫn đến vật liệu làm cánh tăng lên nhiều Và việc chế tạo hình dáng cánh quạt theo đường cong này là rất khó đạt độ chính xác Vị vậy với mục đích tiết kiệm vật liệu và thiết kế cánh dễ chế tạo Ta xây dựng dây cung cánh là 1 đường thẳng bậc nhất Đồ án máy bay SVTH: Pha ̣m Tuấ n Anh,Hoàng Minh Hiế u 21 Vẽ đường thẳng đi qua 70% và 90% bán... xâu trên phầ n mề m AutoCad , sử du ̣ng tâm xâu là ¼ chiề u dài dây cung Đồ án máy bay SVTH: Pha ̣m Tuấ n Anh,Hoàng Minh Hiế u 24 Hình 3.1 Xâu profile Kế t quả: Hình 3.2 Mô hình 3D turbine gió 4 Mô phỏng turbine bằng phương pháp CFD 4.1 Tổng quan về CFD Đồ án máy bay SVTH: Pha ̣m Tuấ n Anh,Hoàng Minh Hiế u 25 CFD (Computational Fluid Dynamics) là phương pháp tính toán động lực học... được với nhau,dẫn đến kết quả của bài toán không chính xác Hướng đề xuất trong thời gian tới : - Chạy lại mô phỏng với sự liên kết của các interface Kiểm nghiệm hiệu suất của turbin Tính toán tương tác FSI (Fluid - Structure Interaction) hai chiều Một hướng đề suất kiểm nghiệm hiệu suất turbine: Ta có mômen tác dụng lên phân tố cánh tại bán kính r : 1 Q= W2 N c Cy rr 2 Ta chia cánh quạt thành n phần, mỗi... u 14 Hoặc dựa vào bảng bên dưới : Ta chọn λ = 6 Khi đó vận tốc quay của rotor là : Đồ án máy bay SVTH: Pha ̣m Tuấ n Anh,Hoàng Minh Hiế u 15 Ω= λ U ∞ 6.14 = = 16.8(rad / s ) R 5 3.2 Profile cánh Trong lĩnh vực turbine gió, 1 vài profile NACA đã được sử dụng để nghiên cứu đặc tính khí động học vì nó có rất nhiều giá trị thuận lợi của số Re,góc tấn,chiều dài dây cung,hệ số lực nâng và lực đẩy,tỉ