Αεροδυναμική ανάλυση ανεμογεννήτριας με περιφερειακό κέλυφος

Τσάκλης, Ιάσων; Tsaklis, Iason

dc.contributor.author	Τσάκλης, Ιάσων	el
dc.contributor.author	Tsaklis, Iason	en
dc.date.accessioned	2022-12-09T10:05:25Z
dc.date.available	2022-12-09T10:05:25Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56383
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24081
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Ανεμογεννήτρια	el
dc.subject	Μέθοδος Δίσκου Ορμής	el
dc.subject	Μέθοδος Γραμμής Δράσης	el
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστομηχανική	el
dc.subject	Ανεμογεννήτρια μικρής κλίμακας	el
dc.subject	Wind Turbine	en
dc.subject	Actuator Disk Method	en
dc.subject	Actuator Line Method	en
dc.subject	Computational Fluid Dynamics	en
dc.subject	Small Scale Wind Turbine	en
dc.title	Αεροδυναμική ανάλυση ανεμογεννήτριας με περιφερειακό κέλυφος	el
dc.title	Aerodynamic analysis of a diffuser augmented wind turbine	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αιολική Ενέργεια	el
heal.classification	Wind Energy	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07-06
heal.abstract	Οι δυνατότητες που μπορεί να παρέχει ο άνεμος στον άνθρωπο είναι αμέτρητες και γνωστές από αρχαιοτάτων χρόνων. Κατά τον 20o αιώνα κατασκευάζεται η πρώτη ανεμογεννήτρια και ο κλάδος της αιολικής ενέργειας ξεκινά να αναπτύσσεται τόσο σε ερευνητικό όσο και σε βιομηχανικό επίπεδο. Σήμερα η αιολική ενέργεια κερδίζει όλο και περισσότερο μερίδιο στην πίτα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως με το ποσοστό της να φτάνει το 5% το 2020 ενώ αναμένεται η αγορά να δεκαπλασιαστεί έως το 2050. Αυτή τη στιγμή ο πιο διαδεδομένος τύπος ανεμογεννήτριας στον κόσμο είναι η ανεμογεννήτρια οριζοντίου άξονα και τριών πτερυγίων. Το μεγεθός της βαίνει διαρκώς αυξανόμενο με τις διαμέτρους σε υπεράκτιες ανεμογεννήτριες να ξεπερνούν κάποιες φορές τα 200m. Ωστόσο πολλοί ακόμα τύποι ανεμογεννήτριας έχουν μελετηθεί κατά καιρούς στη βιβλιογραφία. ΄Ενας από αυτούς είναι και η ανεμογεννήτρια με περιφερειακό κέλυφος(Diffuser Augmented Wind Turbine). Αυτός ο τύπος ανεμογεννήτριας παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον διότι περικλείεται από κέλυφος κατάλληλης γεωμετρίας το οποίο αυξάνει την παροχή του αέρα που διαπερνά τον δρομέα και κατά συνέπεια την ισχύ της ανεμογεννήτριας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αεροδυναμική μελέτη μιας ανεμογεννήτριας με περιφερειακό κέλυφος(duct) συγκεκριμένης γεωμετρίας με διάφορες υπολογιστικές μεθόδους και η αξιολόγηση της αύξησης της ισχύος της σε σχέση με ίδιου μεγέθους ανεμογεννήτρια ανοικτού τύπου. Η υπό μελέτη ανεμογεννήτρια είναι διαμέτρου 1.2m και έχει χρησιμοποιηθεί παλαιότερα σε πειραματικές μελέτες στο εργαστήριο Αεροδυναμικής, επομένως είναι διαθέσιμα τα πειραματικά αποτελέσματα με τα οποία θα γίνει σύγκριση. ΄Οσον αφορά το κέλυφος, δοκιμάζονται διάφορες γεωμετρίες με την αεροτομή NACA9412 να επιλέγεται ως το τελικό σχήμα των περιφερειακών τομών του κελύφους. Η προσομοίωση πραγματοποιείται με κατάλληλο λογισμικό που κάνει χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων όγκων ενώ η μοντελοποίηση του δρομέα λαμβάνει χώρα μέσω εφαρμογής των δυνάμεων που ασκεί στον αέρα ως όρων πηγής στις εξισώσεις ροής. Η 1η μέθοδος που δοκιμάζεται είναι η αξονοσυμμετρική επίλυση της ροής με χρήση της μεθόδου δίσκου ορμής. Μετά από πολλές δοκιμές στις παραμέτρους της προσομοίωσης, επιλέγεται η τελική παραμετροποίηση του προβλήματος. Επιτυγχάνεται αύξηση της ισχύος κατά 1.93 φορές ενώ το όριο του Betz ξεπερνιέται κατά 35%. Η 2η μέθοδος που δοκιμάζεται είναι η μέθοδος Γραμμής Δράσης(Actuator Line Method). ΄Επειτα από κατάλληλη παραμετροποίηση του προβλήματος πραγματοποιείται η προσομοίωση της DAWT. Επιτυγχάνεται αύξηση της ισχύος κατά 1.98 φορές ενώ το όριο του Betz ξεπερνιέται κατά 40%.	el
heal.abstract	Wind power and its potential to improve human life has been known since the Ancient Times. The first wind turbine was created in the 20th century, generating interest in the wind energy sector at both academic and industrial levels. Nowadays, the wind energy sector plays an increasingly important role in the global production of electrical energy, accounting for 5% of the total energy production in 2020. This number is expected to grow tenfold until 2050. Today, the most popular type of wind turbine is the horizontal axis, three bladed wind turbine. Its size continues to increase with the diameter surpassing 200m in some offshore wind farms. Nevertheless, many different types of wind turbines have been the focus of studies throughout the years. One of them is the Diffuser Augmented Wind Turbine(DAWT). This type of turbine is particularly interesting because the rotor is enclosed in a shroud shaped specifically so as to increase the air flow through the rotor and thus, increase the power of the wind turbine. The aim of this thesis is the aerodynamic study of a DAWT with different CFD methods and the evaluation of the power increase compared to an open rotor of the same diameter. The examined wind turbine has a diameter of 1.2m and has been used in the past for experimental studies in the laboratory of Aerodynamics, therefore experimental results are available and will be used as a point of reference in the evaluation process. As far as the shroud is concerned different geometries are assessed. The airfoil NACA9412 is selected as the final shape of the circumferential cross section of the shroud. The flow simulation is carried out with appropriate software that uses the finite volume method while the rotor simulation is achieved through the application of forces that it exerts on the air. The force application is accomplished by adding source terms in the flow equations. The first method that is employed is the axisymmetric flow simulation using the actuator disk method for the rotor simulation. After several trials in the parameters of the simulation, the final configuration of the problem is decided. A power augmentation ratio of 1.93 is achieved while the Betz limit is surpassed by 35%. The second method that is employed is the Actuator Line Method. With the correct configuration of the problem, the simulation of the flow is conducted. A power augmentation ratio of 1.98 is achieved while the Betz limit is surpassed by 40%.	en
heal.advisorName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.advisorName	Σπυρόπουλος, Νίκος	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Αεροδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	97 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false