Ανάλυση πτερυγίων ανεμογεννήτριας με επέκταση του αεροδυναμικού σχεδιασμού εώς την ρίζα

Abstract

Αντικείμενο της εργασίας είναι η ανάλυση πτερυγίων με επέκταση του αεροδυναμικού σχεδιασμού μέχρι την ρίζα. Στις περισσότερες ανεμογεννήτριες το εσωτερικό τμήμα των πτερυγίων σχεδιάζεται ικανοποιώντας κυρίως κατασκευαστικά κριτήρια αφού πιστεύεται ότι το ποσό της παραγόμενης ισχύος που προέρχεται από αυτό το τμήμα είναι ασήμαντο σε σχέση με την παραγόνεη ισχύ από το υπόλοιπο πτερύγιο. Το γεγονός αυτό έχει οδηγήσει σε έναν σχεδιασμό όπου η ρίζα του πτερυγίου αποτελείται από την σταδιακή μετάβαση από αεροτομές σε ένα κυλινδρικό τμήμα το οποίο δένει στην πλήμνη της ανεμογεννήτριας. Ωστόσο πρόσφατα έχουν αναφερθεί βελτιωμένοι συντελεστές ισχύος σε ρότορος όπου η αεροδυναμική σχεδίαση φτάνει εώς την ρίζα του πτερυγίου. Στην παρούσα εργασία γίνεται μια ανάλυση του νέου αυτού σχεδιασμού και συγκρίνεται με ένα τυπικά σχεδιασμένο ρότορα. Η σύγκριση αφορά την παραγόμενη ισχύ, τα αξονικά και τα περιφερειακά φορτία κατά μήκος των πτερυγίων, την συνολική δύναμη ώσης ,την γωνία πρόσπτωσης καθώς και τον συντελεστή άνωσης. Τέλος γίνεται υπολογισμός της ετήσιας παραγόμενης ενέργειας. Αρχικά μελετάται η περίπτωση του λεπτού πτερυγίου (thin) και στην συνέχεια του πτερυγίου με πάχος (thick). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο νέος σχεδιασμός δίνει μεγαλύτερες τιμές ισχύος, ένω έχουμε και σημαντική αύξηση στην ετήσια παραγόμενη ενέργεια από την ανεμογεννήτρια.

The purpose of this thesis is the analysis of wind turbine blades with extended design up to the hub. On most wind turbines the inner part of the rotor is designed based mainly on structural issues since it is believed that the amount of produced power in the inner part is insignificant compared to the amount of power produced by the rest part of the rotor. This has led to a design where the root of the blade is consisted of a progressive transition from airfoils to a cylindrical part which is attached to the hub of the wind turbine. Recently, increased power coefficients are reported on a rotor with extended aerodynamical design up to the hub. The present study describes a analysis of the new design , compared with a traditional rotor design. The comparison includes the produced power, the normal force distribution, the tangent force distribution, the thrust, the angle of attack and the coefficient of lift. Also the annual produced energy is investigated. At first, the analysis is conducted with thin blades and then with thick. Results show that the new design leads to increased power production, while there is a significant increase in the annual produced energy from the wind turbine.