Utilization of guide vanes to concentrate flows to the blade and block vortex to improve the power factor of savonius wind turbine
| Autor: | Budi Sugiharto, Sudjito Soeparman, Denny Widhiyanuriyawan, Slamet Wahyudi, ING Wardana |
|---|---|
| Rok vydání: | 2019 |
| Předmět: |
Turbine blade
020209 energy Concentrate Flows 0211 other engineering and technologies Energy Engineering and Power Technology 02 engineering and technology Block Vortex Turbine Industrial and Manufacturing Engineering Wind speed Kármán vortex street law.invention Flow separation Savonius Downstream law Management of Technology and Innovation lcsh:Technology (General) 021105 building & construction 0202 electrical engineering electronic engineering information engineering lcsh:Industry Electrical and Electronic Engineering UDC 620.9 Applied Mathematics Mechanical Engineering концентрировать потоки блокировать вихрь коэффициент мощности Савониус направляющая лопатка вихрь Кармана нисходящий поток вычислительная гидродинамика (ВГД) Mechanics Computer Science Applications Vortex Power Factor Guide Vane Karman Vortex Computational Fluids Dynamics (CFD) Lift (force) Savonius wind turbine Control and Systems Engineering концентрувати потоки блокувати вихор коефіцієнт потужності Савоніус напрямна лопатка вихор Кармана низхідний потік обчислювальна гідродинаміка (ОГД) lcsh:T1-995 lcsh:HD2321-4730.9 Geology |
| Zdroj: | Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol 6, Iss 8 (102), Pp 55-61 (2019) Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 6, № 8 (102) (2019): Енергозберігаючі технології та обладнання; 55-61 Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 6, № 8 (102) (2019): Энергосберегающие технологии и оборудование; 55-61 Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 6, № 8 (102) (2019): Energy-saving technologies and equipment; 55-61 |
| ISSN: | 1729-4061 1729-3774 |
| DOI: | 10.15587/1729-4061.2019.183160 |
| Popis: | Simple design Savonius vertical-axis wind turbine can generate energy at low wind speed from any direction. However, its large static torque has a low power factor. Therefore, an innovation was made by providing 16 guide vanes around the shaft outside the blade with the angle is about 45° to a radial line. The specialty of guide vanes is that, they are able to concentrate the wind flow toward the turbine blade from any direction. The fluid motion around the turbine blade that produces torque on the turbine shaft was analyzed utilizing the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation and then verified by tracking actual fluid motion strings of threads attached on each side of the turbine blade. The result shows that without guide vanes the wind flow around the turbine blade generates vortex on the blade and Karman vortex at the downstream. These vortexes descend effectively kinetic energy in the wind flow so that the mechanical energy on the turbine shaft becomes small. At a certain blade position, the vortex becomes stronger and the fluid separation from the blade surface becomes thicker. The stronger vortex tends to descend stronger fluid kinetic energy while the thicker separation tends to reduce the lift on the blade. Consequently, these two flow conditions tend to produce negative torque. Installing guide vanes around the blade, the wind flows are concentrated by the guide vanes to the turbine blade, which effectively reduces vortex around the blade and blocks large vortex outside the guide vanes downstream. Flow separation is suppressed by the concentrated flow producing larger lift. As a result, the power factor increases by 61.6 %. This huge increase in power factor is achieved when the wind speed is 5 m/s though a stable turbine rotation is achieved at a lower speed Простой вертикальный ветрогенератор Савониуса может генерировать энергию при низкой скорости ветра в любом направлении. Однако большой статический крутящий момент имеет низкий коэффициент мощности. Поэтому было сделано новшество, предусматривающее 16 направляющих лопаток вокруг вала снаружи лопасти с углом около 45° к радиальной линии. Особенность направляющих лопаток заключается в том, что они способны концентрировать на лопасти турбины ветровой поток в любом направлении. Движение жидкости вокруг лопасти турбины, которое создает крутящий момент на валу турбины, было проанализировано с использованием моделирования вычислительной гидродинамики (ВГД), а затем проверялось путем слежения за нитями фактического движения жидкости, прикрепленных с каждой стороны лопасти турбины. Результат показывает, что без направляющих лопаток ветровой поток вокруг лопасти турбины создает вихрь на лопасти и вихрь Кармана в нисходящем потоке. Эти вихри эффективно снижают кинетическую энергию в ветровом потоке, так что механическая энергия на валу турбины становится небольшой. При определенном положении лопасти вихрь становится сильнее, а отделение жидкости от поверхности лопасти становится толще. Более сильный вихрь имеет тенденцию снижать более сильную кинетическую энергию жидкости, в то время как более толстое разделение имеет тенденцию уменьшать подъемную силу на лопасти. Следовательно, эти два режима потока имеют тенденцию создавать отрицательный крутящий момент. При установке направляющих лопаток вокруг лопасти, ветровые потоки концентрируются направляющими лопатками на лопасти турбины, что эффективно уменьшает вихрь вокруг лопасти и блокирует большой вихрь снаружи направляющих лопаток в нисходящем потоке. Разделение потока подавляется концентрированным потоком, создающим большую подъемную силу. В результате коэффициент мощности увеличивается на 61,6 %. Это огромное увеличение коэффициента мощности достигается при скорости ветра 5 м/с, хотя стабильное вращение турбины достигается при меньшей скорости Простий вертикальний вітрогенератор Савоніуса може генерувати енергію при низькій швидкості вітру в будь-якому напрямку. Однак великий статичний крутний момент має низький коефіцієнт потужності. Тому було зроблено нововведення, що передбачає 16 напрямних лопаток навколо вала зовні лопаті з кутом близько 45° до радіальної лінії. Особливість напрямних лопаток полягає в тому, що вони здатні концентрувати на лопаті турбіни вітровий потік в будь-якому напрямку. Рух рідини навколо лопаті турбіни, який створює крутний момент на валу турбіни, було проаналізовано з використанням моделювання обчислювальної гідродинаміки (ОГД), а потім перевірялося шляхом спостереження за нитками фактичного руху рідини, прикріплених з кожного боку лопаті турбіни. Результат показує, що без напрямних лопаток вітровий потік навколо лопаті турбіни створює вихор на лопаті і вихор Кармана в низхідному потоці. Ці вихори ефективно знижують кінетичну енергію в вітровому потоці, так що механічна енергія на валу турбіни стає невеликою. При певному положенні лопаті вихор стає сильніше, а відділення рідини від поверхні лопаті стає товще. Більш сильний вихор має тенденцію знижувати сильнішу кінетичну енергію рідини, тоді як більш товстий поділ має тенденцію зменшувати підйомну силу на лопаті. Отже, ці два режими потоку мають тенденцію створювати негативний крутний момент. При установці напрямних лопаток навколо лопаті, вітрові потоки концентруються напрямними лопатками на лопаті турбіни, що ефективно зменшує вихор навколо лопаті і блокує великий вихор зовні напрямних лопаток в низхідному потоці. Поділ потоку пригнічується концентрованим потоком, що створює велику підйомну силу. В результаті коефіцієнт потужності збільшується на 61,6 %. Це величезне збільшення коефіцієнта потужності досягається при швидкості вітру 5 м/с, хоча стабільне обертання турбіни досягається при меншій швидкості |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|