实验研究的内部重叠率对Savonius风力转子的性能的影响

文摘

本文实验调查研究进行内部重叠率影响的性能Savonius风力转子在不同雷诺数。要做到这一点,一个开放的风洞已经在实验室将机电系统的设计和实现国家斯法克斯学院的工程师。这也涉及仪表和必要的设备对全球垂直轴风力机的特性。特别是,本研究需要建立四个安装特点是内部重叠比率等于零售物价指数= 0,零售物价指数= 0.1,零售物价指数= 0.2和零售物价指数= 0.3。转子的整体绩效评估是建立在权力和动态扭矩系数

关键字

Savonius转子内部的复苏,全球特征,实验结果,风洞,电力、能源。

介绍

在一个典型的风力涡轮机的设计有许多必须考虑设计变量,以优化给定的风况的功率输出。一个典型Savonius设计包含两个垂直叶片与转轴保持一致。相比与其他风力涡轮机Savonius风力转子的功率系数提供了较低的性能。事实上,它提供了许多优点,因为它非常简单,自起动,它没有需要面向风的方向。尽管它非常适合在城市环境综合为小型或微型风力涡轮机高功率要求时是不合适的。为此几项研究近年来也是为了改善其气动性能(1- - - - - -7]。特别是,D“亚历山德罗等1)建立了一个数学模型的流场之间的相互作用和螺旋桨。有研究的目的是获得一个洞察周围的复杂流场发展Savonius风力转子和对其性能进行评估。他们验证模型通过比较它与获得的数据环境风洞(易)实验室的“马尔凯理工大学”。Altan et al。2)引入了一个新的垂落安排改善Savonius风力转子的性能。窗帘安排放置在转子前防止负扭矩相反的转子旋转。窗帘布置的几何参数进行了优化,产生最佳性能。转子不同窗帘安排测试风洞,和它的性能比传统的转子。的最大Savonius风力转子动力系数增加38.5%左右的最佳窗帘安排。实验结果表明,Savonius风力转子的性能可以改善窗帘与一个合适的安排。Irabu和罗伊3改进和调整输出功率的Savonius转子在不同风力发电和建议的方法预防大风灾害的转子。在这项研究中,作为适当的设备来达到它的目的,一个导板箱隧道采用。导板箱隧道就像一个矩形盒作为风通道的测试包括转子。首先,实验发现足够的配置将提供最好的相对性能。实验中,然而,不包括测试保留导板箱强风的隧道。实验包括静态扭矩测试固定转子在任何阶段的角度和旋转的动态扭矩测试它们。因此,发现的最大实现转子转速的范围导板箱面积比在0.3和0.7之间,转子的输出功率系数的值与导板箱隧道的面积比0.43增加三个叶片的1.5倍和1.23倍和两个叶片比没有导板箱隧道,分别。似乎Savonius转子的性能在导板箱隧道是相当足够的与其他方法增加和控制输出。萨哈et al。4)进行了风洞试验,评估单的空气动力学性能,两个和三级Savonius转子系统。两个半圆形和扭曲叶片已经使用。转子系统的一个家庭制造了相同的阶段比例保持每个转子的相同的投影面积。实验进行了优化等不同的参数数量的阶段,数量的叶片和叶片的几何形状。进一步试图调查两级转子系统的性能通过插入阀门凹一侧的叶片。藤泽(5)调查了周围流场Savonius转子在不同重叠比率澄清重叠在流的影响机制。测量phase-averaged速度分布进行了利用粒子成像测速技术条件抽样技术,结果是由离散涡法与数值计算。测量速度分布表明重叠的效果在流经漩涡的形成区域的重叠和下游的转子。尽管数值计算可以预测的变化的基本特征与转子流场的角度,一个固定转子流场,尤其是在小转子角度,不是复制在计算,表明流动分离的假设的叶片和流的two-dimensionality无效。然而,测量的相关性是改善流在一个旋转的转子。Al-Bahadly [6确定和设计合适的风力涡轮机可以用于农村家庭或其他小规模应用。各种水平和垂直轴风力机的存在,每一个拥有许多优点和缺点之前需要考虑基础的设计被选中。小稳健设计是相对简单和廉价的构建本质上风力涡轮机选择的主要标准。Savonius式转子,转子基于修改„年代的“转子,选择最好的安装设计标准。一个小的原型与转子直径1.5米高0.65米的设计和建造。完成原型用于估计在正常操作条件下获得的力量。娜·杜波夫和Massouh7)使用CFD研究的行为Savonius风轮机流场条件下,确定其性能和几何之后的进化。流分析有助于风力涡轮机的设计。他们正在做一个实验调查使用PIV验证模拟风洞。有许可证的调查,以确定实际流量和访问的结构数值模拟的质量。Damak et al。8]研究了空气动力学行为的螺旋Savonius转子安装在一个开放的飞机风洞。测试风力发电机的空气动力特性决定的。特别是,他们感兴趣的功率系数和转矩系数。出来后,阿比德9]研究了隧道空气动力特性在一个开放的电路。他们感兴趣的验证测试静脉流提供了一个统一的,高速和低紊流。数值结果和全球之间的对比实验结果证实了数值方法的有效性(10,11]。

这些研究的基础上,评价Savonius风力转子性能的报道根据平均生产能力和产生转矩的不同内部重叠比率。

Savonius风力转子

Savonius转子是一个垂直轴风力涡轮机。它是由两个half-cylindrical扣,其特征是d = 100毫米直径和高度H = 300毫米。他们收集在一个共同的轴和固定在螺丝一个角等于180°(图1)。因此,两个扣之间的位置是由纵向和横向距离定义设计的e和rs。通过引入轴直径e”= 10毫米,内部重叠比零售物价指数被定义如下:

(1)

内部的研究重叠比率影响Savonius转子特征要求e距离变化。本研究需要建立四个安装内部重叠比率等于r的特征_πr = 0,_πr = 0.1,_πr = 0.2,_π= 0.3 (图2)。

材料和方法

在这项研究中,转子轴被放置在中间的风洞试验静脉横截面面积的400 mm x 400 mm。通过改变的旋转频率吸尘器SV0081C5-1F类型,风洞exit-air速度控制。整个测试一直在进行热丝风速测定am - 4204模型测量气流速度。在测试静脉,最大风速值= 12.7 m / s。风力发电机转子的转速测量与数字转速计CA-27模型。测量转子轴上的静态扭矩,扭矩计tq - 8800模型已经使用。施加于转子轴的动态扭矩测量的直流发电机转换轴的转矩电流。发电机,耦合测力计rzr - 2102模型,同时显示速度和动态转矩的形状。这个测力计用来提供机械功率的发电机提供了在电阻负载电流中所示图3。

结果和讨论

在这个调查中,权力和Savonius转子的扭矩测量不同气流政权。从这些措施,功率和扭矩系数λ在特定的函数推导出速度。这些全球性的特点提出了对不同内部重叠比率等于r_πr = 0,_πr = 0.1,_πr = 0.2,_π= 0.3,不同的风速值等于V = 8.8硕士¹V = 9.95理学硕士¹V = 11.15理学硕士¹和V = 12.25硕士¹。在风速等于V = 8.8理学硕士¹,相应的值不同的雷诺数计算内部重叠比率。这些值分别等于Re = 121000, Re = 114000, Re = 108000 = 102000。雷诺数的减小值的减少是由于Savonius转子直径时,内部两扣之间的重叠率增加。

权力

图4介绍了变异的力量取决于特定的速度λSavonius转子对不同内部重叠比率等于r_πr = 0,_πr = 0.1,_πr = 0.2,_π= 0.3,不同的风速值等于V = 8.8硕士¹V = 9.95理学硕士¹V = 11.15理学硕士¹和V = 12.25硕士¹。根据这些结果,它指出了曲线抛物线速度。因此,这些结果表明,内部回收价值有影响的演讲能力值。在全球范围内,它指出Savonius转子功率达到最重要的内部重叠率的值等于r_π= 0。与内部重叠率的增加,逐渐减少的功率值。考虑的情况下,它指出,权力的最大价值等于P = 7.8 W。它获得一个内部重叠比率等于r_π= 0和一个特定的速度等于λ= 0.39。然而,对于重叠比率零售物价指数= 0.3,权力的最大价值就等于P = 4.6 W和λ= 0.353为一个特定的速度。在其他情况下,这些观察结果可以推广。

功率系数

图5提出了功率系数Cp的变化取决于特定的速度λSavonius转子对不同内部重叠比率等于r_πr = 0,_πr = 0.1,_πr = 0.2,_π= 0.3,不同的风速值等于V = 8.8硕士¹V = 9.95理学硕士¹V = 11.15理学硕士¹和V = 12.25硕士¹。根据这些结果,它指出了曲线抛物线速度。因此,这些结果表明,内部重叠率会影响功率系数值的表示。在全球范围内,它指出Savonius转子动力系数及最重要的内部重叠率的值等于r_π= 0。与内部重叠比率的增加,逐渐减少的功率系数值。考虑的情况下,它指出,最大的功率系数值等于Cp = 0324。它获得一个内部重叠比率等于r_π= 0和一个特定的速度等于λ= 0.392。与内部重叠率的增加,它指出,极端的特征值减少。尤其是内部重叠比r_π= 0.3功率系数的最大价值就等于Cp = 0.23为一个特定的速度等于λ= 0.35。

动态转矩系数

图6介绍了动态转矩系数的变异CMd取决于特定的速度λSavonius转子对不同内部重叠比率等于r_πr = 0,_πr = 0.1,_πr = 0.2,_π= 0.3,不同的风速值等于V = 8.8硕士¹V = 9.95理学硕士¹V = 11.15理学硕士¹和V = 12.25硕士¹。根据这些结果,它指出了曲线抛物线速度。因此,这些结果表明,内部重叠率会影响动态转矩系数的表示。在全球范围内,它指出,动态转矩系数达到内部最重要值重叠比率值等于零售物价指数= 0。与内部重叠比率的增加,逐渐减少的动态转矩系数。考虑的情况下,它指出,最大的值等于CMd = 0.827。它获得一个内部重叠比率等于r_π= 0和一个特定的速度等于λ= 0.392。与内部重叠率的增加,它指出,极端的特征值减少。尤其是内部重叠比r_π= 0.3动态转矩系数的最大价值就等于CMd = 0.62为一个特定的速度等于λ= 0.353。在其他情况下,这些观察结果可以推广。

结论

本文的全球特征Savonius转子具有不同内部重叠率进行了研究。特别是,转子的整体性能的基础上,权力和施加扭矩被评估。结果得出结论:内部重叠率会影响全球特征的表示。特别的清楚,功率和扭矩系数达到最重要的内部重叠率的值等于r_π= 0。与内部恢复值的增加,逐渐减少的功率值λ是同样观察到特定的速度。在未来,我们建议开发一个试验研究在激光粒子图像测速(PIV)系统对细调查当地的内流特性。

引用

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