Σχεδίαση δρομέων μικρών ανεμογεννητριών με χρήση πακέτων αερροδυναμικής βελτιστοποίησης (EASY) και πακέτων μηχαλογικής σχεδίασης και εξοπλισμού (SolidWorks)

Abstract

Το αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας (Δ.Ε.) είναι η βελτιστοποίηση δρομέα μικρών ανεμογεννητριών (Α/Γ). Συγκεκριμένα, σε αρχικό στάδιο της Δ.Ε. επιλέχθηκαν τέσσερις αεροτομές, από τις οποίες δύο είναι αναπτυγμένες από την Εθνική Συμβουλευτική Επιτροπή Αεροναυτικής των ΗΠΑ (National Advisory Committee for Aeronautics - NACA) και δύο είναι πειραματικές του εργαστηρίου Αεροδυναμικής της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (Ε.Μ.Π.), οι οποίες αξιολογήθηκαν από το πρόγραμμα XFOIL (version 6.94, πρόγραμμα για το σχεδιασμό και την ανάλυση αεροτομών) για τιμές Reynolds και Mach κατάλληλες για μικρές Α/Γ. Επόμενο βήμα της παρούσας Δ.Ε. ήταν η κατάλληλη τροποποίηση του κώδικα RAFT (κώδικας για τον υπολογισμό τόσο των φορτίων που δέχεται η Α/Γ όσο και της απόδοσής της) έτσι ώστε ορισμένες εκ των μεταβλητών σχεδιασμού να επιδέχονται βελτιστοποίηση. Η βελτιστοποίηση έγινε με το πακέτο αεροδυναμικής βελτιστοποίησης EASY v.2.0, που έχει αναπτυχθεί στο εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Ε.Μ.Π. Το πρόβλημα είχε μόνο ένα στόχο (single objective problem) που ήταν η μεγιστοποίηση της ετήσιας παραγόμενης ενέργειας από τη μικρή Α/Γ. Τα αποτελέσματα, τα οποία βασίστηκαν καθαρά σε υπολογιστικές μεθόδους, χρησιμοποιήθηκαν τελικά στο σχεδιασμό της μικρής Α/Γ με το πρόγραμμα τρισδιάστατου μηχανολογικού σχεδίου SolidWorks2011.

Aim of this Diploma Thesis, is the rotor optimization of small wind turbines. Firstly, four airfoils were selected, two from the NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) airfoil family and two experimental airfoils developed by the laboratory of Aerodynamics of the National Technical University of Athens (N.T.U.A.), which were evaluated by the program XFOIL for values of Reynolds and Mach numbers suitable for small wind turbines. Furthermore, several modifications were made to the code RAFT, developed at the Laboratory of Aerodynamics of the N.T.U.A., in order to adjust the design variables to the problem. The optimization procedure has been made by the optimization software EASY v.2.0, developed at the laboratory of Thermal Turbomachines of the N.T.U.A., with single objective to maximize the annual energy production from the small wind turbine. The results, which were based only on computational methods, were used in the final design of the small wind turbine using the engineering software SolidWorks2011.