کیفیت جریان هوا در این تونل بدلیل مقطع دایروی آن و کیفیت ساخت، بسیار بالا بوده و میزان شدت اغتشاش^[۱۷] آن در حدود ۲% می باشد.
کنترل دور موتور این تونل باد با بهره گرفتن از یک انورتر فرکانسی از نوع Delta-VFD-B می باشد که در حد ۰۱/۰ هرتز دقت دارد. شکل ۳-۵ زیر این اینورتر را نشان می دهد.

شکل ۳-۵ تصویراز اینورتر تونل باد مادون صوت
شکل ۳-۶ تصویر فن تونل را که از قسمت خروجی جریان هوا گرفته شده و بصورت مکشی کار می کند را نشان می دهد.

شکل ۳-۶ فن تونل باد مادون صوت استفاده شده
شکل های (۳-۷) و (۳-۸) مقادیر سرعت و فشار دینامیک را در مقطع نصب مدل ها در وسط مقطع تست تونل باد نشان می دهند که توسط یک مانومتر دیجیتال و با کمک متخصصین هوا- فضای دانشگاه صنعتی شریف اندازه گیری شده اند. همچنین حداکثر سرعت باد در تونل در حدوداً ۳۷.۵ متر بر ثانیه بطور تجربی اندازه گیری شد.

شکل ۳-۷ نمودار تغییرات فشار دینامیک در عرض مقطع تست و در مقطع میانی آن

شکل ۳-۸ نمودار تغییرات پروفیل سرعت باد در عرض مقطع تست و در مقطع میانی آن
پژوهش‌های پیشین بر روی توربین‌های بادی و آزمایش‌های انجام شده در آن‌ها گویای این واقعیت است که اگر فواصل دیواره‌های تونل از توربین مورد نظر از مقدار معینی کمتر باشد، این مسأله بر نتایج اندازه‌گیری تأثیر گذاشته و بازده توربین به صورت غیر واقعی افزایش می‌یابد. بدین منظور کمیتی به نام عامل بازداری تونل^[۱۸] تعریف می‌شود. این عامل از رابطه زیر محاسبه می‌شود[۲۸].
(۵-۱)
در این رابطه عامل بازداری تونل، مساحت سطح جاروب شده توربین و سطح در مقابل باد سازه توربین و مساحت سطح مقطع تونل است. بر اساس مطالعات انجام شده به منظور دست‌یابی به نتایج مستقل از مساحت تونل لازم است مقدار کمتر از ۲۵% باشد [۲۸]. از آنجایی که در بسیاری از تونل‌های باد معمول رسیدن به این عدد نیازمند ساخت توربین در ابعاد بسیار کوچک است، تعداد قابل توجهی از آزمایش‌ها با قراردادن توربین بیرون تونل به انجام رسیده است. لذا مانند بسیاری از پژوهشهای موجود در سراسر دنیا [۲۲-۲۷] بر آن شدیم که توربین را خارج از تونل و مقابل مقطع خروجی قرار دهیم.
پارامتر های اندازه گیری شده در این آزمایش گشتاور تولیدی توسط محور مرکزی و سرعت دورانی توربین می باشند. بدین منظور از یک عدد گشتاور سنج دینامیکی دیجیتال و یک دورسنج (Tachometer) نوری با دقت ۱ درصد استفاده شده است. در تست دینامیکی، به منظور محاسبه بازده توربین محاسبه دو کمیت گشتاور و سرعت دورانی الزامی است. بدین منظور مقدار نیروی ثابتی از طریق یک تسمه به انتهای پایین محور مرکزی وارد می شود و سپس توربین با قرار گرفتن در مقابل جریان باد شروع به حرکت می نماید. به دلیل بار وارد شده بر توربین توسط وزنه متصل به تسمه، سرعت دورانی توربین پس از مدتی چرخش به ثبات می رسد. در این زمان (رسیدن توربین به حالت Steady-State) مقدار گشتاور تولیدی توربین توسط گشتاورسنج و از طریق اتصال پراب دستگاه گشتاورسنج به انتهای فوقانی محور بدست می آید. از سوی دیگر در این لحظه به کمک دورسنج نوری مقدار سرعت دورانی توربین نیز مشخص می شود. سپس با ایجاد اندکی تغییر در مقدار نیروی وارد بر محور سرعت دورانی توربین و متعاقبا گشتاور تولیدی آن تغییر می کند. نتایج جدید ثبت شده و این روند چندین مرحله ادامه می یابد تا در نهایت مقادیر گشتاور در ضرایب سرعت نوک پره مختلف تعیین شود. ابزار های استفاده شده در این آزمایش در شکل ۳-۹نمایش داده شده اند.

شکل ۳-۹- به ترتیب از راست به چپ، بادسنج، دورسنج و گشتاورسنج استفاده شده در آزمایش

۳-۴ نحوه ی قرار گیری توربین در تونل جهت آزمایش

نحوه ی قرار گیری توربین در تونل جهت آزمایش از نماهای مختلف در شکل ۳-۱۰ نشان داده شده است. همانظور که در شکل پیداست توربین در مقطع خروجی قرار داده شده است و در سرعت های مختلف باد عملکرد آن مورد آزمایش قرار می گیرد.

۳-۱۰ توربین ساونیوس مورد آزمایش در تونل باد
۳-۵- نتایج آزمایش
در شکل ۳-۱۱ تا ۳-۱۴ گشتاور و ضریب توان توربین ساونیوس در سرعت نوک پره در دو سرعت باد ۵.۵ و ۷.۵ متربرثانیه نشان داده شده است. همانطور که دیده می شود روند تغییرات بازده آیرودینامیکی توربین منطقی است ، شکل منحنی قله ای شکل (peaky) بدین معنا که پس از عبور از سرعت بهینه، بازده کاهش نسبی را تجربه می کند. . از آنجایی که توربین های درگ مانند ساونیوس به دلیل استحصال انرژی باد با بهره گرفتن از درگ اصطکاکی و فشاری بیش از دو سوم انرژی باد را جذب می کنند، در سرعت نوک پره بهینه اثر متقابل باد و توربین بر همدیگر به حداقل رسیده و گشتاور تولید و در نتیجه آن توان تولیدی و یا ضریب توان حداکثر می شود. جهت بررسی دقت آزمایش های انجام شده و نیز دستگاه های اندازه گیری هر آزمایش بر ای توربین سه مرتبه تکرار شده و نتایج آن که مربوط به ضریب توان و گشتاور می باشند، در شکل های ۳-۱۱ تا ۳-۱۴ نشان داده شده اند. همانطور که در شکل ها مشخص است نتایج آزمایش در هر سه تکرار به هم نزدیک می باشند و اختلاف تقریباً ناچیزی بین نتایج آن ها وجود دارد. نکته قابل توجه این است که اختلاف نتایج ضریب توان در هر سه تکرار در سرعت ۵.۵ متر بر ثانیه نسبت به سرعت باد ۷.۵ متر بر ثانیه تقریباً کمتر است که میتواند ناشی از لرزش های کمتر توربین و اغتشاشات کمتر بدنه ی تونل باد می باشد.
شکل ۱۱-۳ بررسی گشتاور توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد ۵.۵ متر بر ثانیه
شکل ۱۲-۳ بررسی ضریب توان توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد ۵.۵ متر بر ثانیه
شکل ۱۳-۳ بررسی گشتاور توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد ۷.۵ متر بر ثانیه
شکل ۱۴-۳ بررسی ضریب توان توربین ساونیوس و دقت انجام آزمایش در سرعت باد ۷.۵ متر بر ثانیه
به منظوراعتبارسنجی نتایج آزمایشگاهی حاضر، نتایج بدست آمده در این آزمایش با نتایج مرجع (۳۸) که در آن نمودار ضریب توان در میزان همپوشانی ۱۵% ارائه شده است، در شکل ۳-۱۵ مقایسه شده است. همانطور که از شکل پیداست نتایج در تطابق بسیار خوبی با هم می باشند هر چند مقدار کمی حدود۳% دربیشترین مقداروجود دارد که میتواند ناشی از تفاوت ناچیز در میزان همپوشانی (در کار حاضر ۱۶% ودر کارمرجع (۳۸) ۱۵% است)، خطای دستگاه های اندازه گیری و آزمایش باشد.
شکل ۳-۱۵- مقایسه ی نتایج تحقیق حاضر با مرجع (۳۸)
فصل چهارم
مدلسازی هندسی و تولید شبکه های محاسباتی

۴-۱ مقدمه

یکی از کارهای مهمی که باید در راستای حل مسأله توسط دینامیک سیالات محاسباتی^[۱۹] انجام گیرد، شبکه­بندی مناسب مدل و تقسیم آن به حجم­های کنترل می­باشد. برای شبکه­بندی مناسب باید دو مطلب را بیش از هر چیز مورد توجه قرار داد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

نخست این­که شبکه­بندی دارای تراکم و تعداد حجم کنترل مناسب برای رسیدن به یک حل قابل قبول باشد و دیگر این­که باید یک تعادل بین تعداد احجام و زمان لازم برای حل برقرار گردد. بدین معنی که اگر چه با افزایش تعداد حجم­های کنترل و ریز کردن شبکه، به دقت و هم گرایی حل کمک می­ شود، ولی چون تعداد معاد لاتی که باید حل شوند و در نتیجه زمان لازم برای حل افزایش می­یابد، هزینه حل افزایش می­یابد. به طوری­که شاید از لحاظ عملی حل غیرممکن باشد. در تحقیق حاضر از نرم­افزار GAMBIT برای شبکه­بندی استفاده شده است.
در محاسبات عددی ، سه مرحله اصلی موجود می باشد.

1. 1. تولید و مش بندی مدل که توسط پیش پردازنده^[۲۰] انجام می شود.

1. 1. حل کردن معادلات حاکم که توسط حل کننده^[۲۱] انجام می شود.

1. 1. نمایش نتایج که توسط نمایش دهنده نتایج^[۲۲] انجام می شود.

پیش پردازش مرحله ای است که اهداف مدلسازی (مثل تولید هندسه) و تولید شبکه در آن تعریف می شود. در مرحله دوم، مدلهای عددی و شرایط مرزی برای شروع حل معادلات تعریف می شوند. حل کننده کار خود را تا زمانی انجام می دهد که همگرایی کامل در حل حاصل شود. زمانیکه وظیفه حل کننده به پایان رسید، نتایج بصورت عددی و گرافیکی مورد بررسی قرار می گیرد که این مرحله را مرحله Post Processing می نامیم. در این فصل از پایان نامه مرحله اول را بطور کامل توضیح می دهیم. مراحل دوم و سوم در فصل بعدی به اجمال توضیح داده می شود.

۴-۲ پیش پردازنده

در این مطالعه، هدف بررسی جریان آشفته حول توربین بادی ساونیوس می باشد. بنابراین، یک مدل مناسب برای مساله با توجه به ابعاد نمونه ی آزمایشگاهی ساخته شده می بایستی ایجاد گردد. پیش پردازنده زمانبرترین بخش و کمترین علم را نیاز دارد. دو نکته مهم در اینجا وجود دارد. اولین نکته اندازه شبکه است، و دومین آن چگالی و کیفیت شبکه محاسباتی می باشد. تمامی مدلها ابتدا در نرم افزار GAMBIT شبکه بندی و طراحی خواهند شد.

۴-۳ مدل ریاضیاتی

در شکل ۴-۱ اجزای دامنه محاسباتی نمایش داده شده است. این شکل نمایی از توربین بادی ساونیوس پیشنهادی می باشد.

شکل ۴-۱ دامنه محاسباتی

۴-۴ تولید سلولهای محاسباتی

بخش دوم پیش پردازنده تولید سلولهای محاسباتی می باشد. سلولهای محاسباتی یا مش ها یکی از اجزای کلیدی یک حل عددی با دقت می باشند. Gambit به الگوریتم های مختلفی برای تولید شبکه مجهز می باشد. این نرم افزار قادر است که شبکه های ساخت یافته و غیر ساخت یافته مستطیلی، مکعبی، مثلثی و … تولید کند. مش های مستطیلی یکی از انواع ساخت یافته مش می باشد. استفاده از این نوع مشها محدود به مسائل ساده می باشد و برای مرزهای منحنی شکل کاملا غیر کاربردی می باشند. اما مش های غیر ساخت یافته مثلثی برای هندسه های پیچیده مناسب می باشد. به همین دلیل در مساله ما بدلیل پیچیدگی هندسه از مش های غیر ساخت یافته مثلثی برای ناحیه قسمتهای ورودی و خروجی ناحیه محاسباتی و همچنین میان پره ها و داخل پره ها استفاده کرده ایم. شکل زیر شبکه بندی ایجاد شده برای کل ناحیه محاسباتی، ورودی و خروجی و ناحیه بین پره ها را نشان می دهد. دامنه محاسباتی از مستطیلی به طول۱۴ متر و عرض ۶ متر تشکیل شده است . توربین ساونیوس در فاصله ۴ متری ورودی دامنه محاسباتی قرار گرفته است. کل توربین در داخل یک استوانه محاطی قرار گرفته شده است. فضای بین استوانه و دیواره و فضای بین استوانه و مرز های دامنه محاسباتی به طور جداگانه با بهره گرفتن از سلولهای هرمی شبکه بندی شده است.
سه ضلع مستطیل شرط مرزی ورودی با مولفه سرعت در جهت جریان و ضلع پایین دست شرط مرزی فشار خروجی در نظر گرفته میشود سطح توربین دیوار بدون لغزش و فضای بین توربین و استوانه سیال با چرخش زاویه ای درنظر گرفته شده است . شکل ۴-۲ نمای کل شبکه بندی در هندسه سنتی و نیز نمای نزدیک پره ها را نشان می دهند.