Εισαγωγή στην ανάλυση πτερυγίων ανεμογεννήτριας

Abstract

Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία γίνεται μία θεωρητική και πρακτική προσπάθεια εισαγωγής στην ανάλυση πτερυγίων ανεμογεννητριών. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ένας κώδικας πεπερασμένων στοιχείων δοκού που συντάχθηκε στο Εργαστήριο Αεροδυναμικής της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών ΕΜΠ. Στο 1ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η σπουδαιότητα των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στη σύγχρονη εποχή, δίνοντας έμφαση στην αιολική ενέργεια (AE). Επιπλέον, δίνονται στοιχεία για τη διείσδυση της ΑΕ στην παραγωγή ενέργειας τόσο στην Ελλάδα, όσο και στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Στο 2ο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι έννοιες του αιολικού δυναμικού και της αιολικής ισχύος και δίνονται στοιχεία για τις ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα, που μελετώνται στην παρούσα εργασία. Το 3ο κεφάλαιο εμπεριέχει τις βασικές αρχές της μηχανικής και της δυναμικής των κατασκευών, θέτοντας τη θεωρητική βάση για τη μοντελοποίηση των πτερυγίων. Στο 4ο κεφάλαιο αναπτύσσεται η κλασική θεωρία της δοκού, η χρήση των πεπερασμένων στοιχείων και τέλος εκτίθενται οι υπολογισμοί όλων των απαραίτητων στοιχείων για τη μοντελοποίηση της διατομής του πτερυγίου. Στο 5ο κεφάλαιο διατυπώνονται οι βασικές αρχές των μοντέλων που χρησιμοποιούνται στις αεροελαστικές αναλύσεις για τον προσδιορισμό των αεροδυναμικών δυνάμεων, με έμφαση στην αλληλεπίδραση ρευστού-κατασκευής. Το 6ο κεφάλαιο πραγματεύεται την ιδιομορφική ανάλυση ανεμογεννητριών και δίνονται αποτελέσματα ιδιομορφικών αναλύσεων σε πτερύγια ανεμογεννήτριας. Τέλος, στο 7ο κεφάλαιο παρατίθενται αποτελέσματα αεροελαστικών αναλύσεων σε πτερύγια ανεμογεννήτριας από τα οποία εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για τα πιο σημαντικά παραμορφωσιακά μεγέθη των πτερυγίων.

In this post-graduate thesis a theoretical and practical introduction to the analysis of wind turbine blades is attempted. For this reason a finite element code is used, which was written in the Aerodynamics Laboratory of School of the Mechanical Engineering Department of the NTUA. In the 1st chapter the importance of Renewable Energy in modern times is introduced, focusing on Wind Energy. Also, some information is given about the spread of the Wind Energy in Greece and the European Union. The 2nd chapter deals with the basic principles of wind capacity and wind power. Moreover, the basic characteristics of the wind turbines with horizontal axis which are treated in this thesis, are presented. The 3rd chapter deals with the basics of the structural mechanics and dynamics, setting the theoretical background for blade modeling. In the 4th chapter the classical beam and its finite element modeling are discussed. Moreover, all the necessary aspects that are used in the blade section modeling are calculated. The 5th chapter presents the basic principles of turbine modeling for the aeroelastic analysis in order to determine the aerodynamic forces on the structure. The 6th chapter contains results of the eigenmodal analysis of wind turbines and blades. Finally, in the 7th chapter, results from the aeroelastic analysis of blades are presented from which useful conclusions for their deformations are derived.