توربین باد از انرژی جنبشی استفاده کرده و آن را به توان مکانیکی و سپس آن را به توان الکتریکی تبدیل می­کند. پره توربین بادی نقش بسیار مهمی در بازده و توان خروجی یک توربین بادی ایفا می­کند. برای انتخاب ایرفویل پره توربین بادی محور عمودی داریوس مورد مطالعه سه ایرفویل NACA0015، NACA0018 و NACA0021  انتخاب  و در نرم افزار Q-Blade ضرایب برآ، پسا و نسبت ماکزیمم ضرایب برآ به پسا  بدست آورده و در نهایت ایرفویل ناکا 0015 در سرعت 5، 10 و 15 متر بر ثانیه بیشترین مقدار نسبت ضریب برآ به ضریب پسا در زاویه حمله 13 درجه  برابر با 58/2  ، زاویه حمله 5/6 درجه برابر با 3/15 و در زاویه حمله 3/6 درجه  برابر با 9/25 می باشد و سپس ایرفویل ناکا 0015  برای پره توربین انتخاب  و برای تحلیل عددی از روش توربولانسی K-ω SST استفاده و با نتایج آزمایشگاهی صحت­سنجی ­شد.

در ادامه توربین بادی در نرم افزار CATIA طراحی و سپس ساخته شد. برای ایجاد جریان باد از دمنده چهار فن و برای محاسبه دقیق­تر وسایل مورد استفاده در اندازه­گیری، تست و ساخت کالیبره شده­اند. نتایج نشان داد که توان راه­اندازی در سرعت سه، چهار، پنج، هفت و هشت  متر بر ثانیه توان لحظه­ای راه­اندازی توربین بادی پره متخلخل 35، 33، 31 ، 37 و 48 درصد کمتر از توربین بادی پره صاف بوده ولی در سرعت نه و ده متر بر ثانیه چهار و هشت درصد بیشتر از توان لحظه­ای توربین بادی پره مستقیم بوده است.

چکیده ..............................................................................................................................................15

فصل اول :آشنایی با توربین های بادی و مطالعات انجام شده......................................... 17

انرژی بادی .........................................................................................................................................................19

مزایای انرژی بادی.............................................................................................................................................19

تاریخچه استفاده از انرژی های بادی ...........................................................................................................20

اصول کار توربین های بادی .........................................................................................................................21

توربین بادی محور افقی ..................................................................................................................................21

توربین بادی محور عمودی.............................................................................................................................21

توربین های محور عمودی ساوینیوس ........................................................................................................21

توربین بادی محور عمودی داریوس.............................................................................................................21

توربین های بادی محور عمودی اچ رو تور..................................................................................................22

مقایسه توربین های بادی محور عمودی و افقی .......................................................................................22

توربین های بادی هانتر دیسکی شکل ........................................................................................................22

انواع روش های حل جریان ...........................................................................................................................23

دینامیک سیالات محاسباتی ........................................................................................................................23

طرز کار با CFD ..........................................................................................................................................25

گسسته سازی در CFD.................................................................................................................................25

یک دست کردن مدل عددی...........................................................................................................................25

محاسبه حل ..................................................................................................................................................26

مزیت های CFD.........................................................................................................................................26

محدودیت های CFD..................................................................................................................................27

فصل دوم: انتخاب ایرفویل و روش­های حل جریان .......................................................... 31

انتخاب ایرفویل ..............................................................................................................................................31

مقدمه­ای بر آیرودینامیک ...........................................................................................................................33

آیرودینامیک توربین بادی محور عمودی داریوس ....................................................................................34

معادلات حاکم بر جریان هوا در توربین های بادی محور عمودی .......................................................36

زاویه حمله ایرفویل .........................................................................................................................................37

قدرت باد و قدرت (توان) توربین بادی .....................................................................................................37

نیروی برآ و نیروی پسا ................................................................................................................................38

تئوری لایه مرزی ..........................................................................................................................................39

سرعت­های موثر در توربین های بادی و روابط حاکم بر آ.......................................................................39

نسبت سرعت محوری و سرعت جریان آزاد ..............................................................................................41

رابطه حاکم بین زاویه حمله و زاویه گام پره .............................................................................................41

سرعت نسبت توربین .......................................................................................................................................41

پارامترهای مهم در عدد رینولدز ..................................................................................................................41

رابطه حاکم بین سرعت نسبی و سرعت جریان باد .................................................................................42

نسبت زاویه حمله ایرفویل و نسبت سرعت ................................................................................................42

قدرت توربین بادی ........................................................................................................................................42

مدل سازی ایرفویل .......................................................................................................................................43

طراحی آیرودینامیکی ایرفویل با استفاده از نرم افزار X-FOIL و روش المان مرزی با استفاده از کد نویسی .................................................................................................................................................................46

تحلیل به روش المان مرزی با استفاده از کدنویسی HOPMBL .....................................................47

تحلیل به روش مرزی .....................................................................................................................................50

انتخاب ایرفویل ................................................................................................................................................51

ضریب برآ،پسا و نسبت ضریب برآ به ضریب پسای ایرفویل های انتخابی در سرعت 5 متر بر ثانیه ..............................................................................................................................................................................52

ضریب برآ،پسا و نسبت ضریب برآ به ضریب پسای ایرفویل های انتخابی در سرعت 10 متر بر ثانیه ..............................................................................................................................................................................55

ضریب برآ،پسا و نسبت ضریب برآ به ضریب پسای ایرفویل های انتخابی در سرعت 15 متر بر ثانیه ..............................................................................................................................................................................58

فصل سوم: شبیه سازی، طراحی و ساخت…….......…………………………….63

معادلات حاکم بر جریان هوا در توربین های بادی محور عمودی ........................................................65

انسیس فلوئنت ................................................................................................................................................66

نحوه مش بندی ................................................................................................................................................66

شبیه سازی عددی ..........................................................................................................................................70

شرایط مرزی .....................................................................................................................................................72

نحوه شبیه سازی در نرم افزار انسیس فلوئنت ...........................................................................................74

استقلال از شبکه .............................................................................................................................................79

طراحی و ساخت ...............................................................................................................................................81

ایرفویل ها ......................................................................................................................................................... 82

سوزن خط کش ...............................................................................................................................................82

سمبه نشان ........................................................................................................................................................83

برقو کاری ..........................................................................................................................................................83

پیچ متری ..........................................................................................................................................................84

سوهان کاری .....................................................................................................................................................84

بازوی توربین .....................................................................................................................................................86

نحوه اتصال بازو ها یه پیچ متری .................................................................................................................91

اتصال توربین به پایه ......................................................................................................................................93

اره آب صابونی ..................................................................................................................................................99

روند ساخت شاسی توربین ..........................................................................................................................100

یاتاقان های توپی ...........................................................................................................................................100

استقلال از ورق آلومنیم برای ساخت پره ها ............................................................................................100

پایه توربین بادی محور عمودی ..................................................................................................................102

الکترود های کاربردی ..................................................................................................................................108

میله نگهدارنده  یاتاقان بلبرینگ ...............................................................................................................111

بلبرینگ و یاتاقان بلبرینگ .........................................................................................................................113

اتصال بازوها ....................................................................................................................................................113

نحوه اتصال بازوها به قطعه .........................................................................................................................115

ساخت بازوهای توربین ...............................................................................................................................118

نیروی راه اندازی ...........................................................................................................................................119

وسایل مورد نیاز برای ساخت ، تست و راه اندازه گیری ......................................................................120

تست توربین ...................................................................................................................................................121

انواع خطاها ..................................................................................................................................................... 122

فصل چهارم: بررسی نتایج ..............................................................................................123

بررسی و نتایج ...............................................................................................................................................123

مقایسه نتایج ضریب برآ در نرم افزار های Q-blade و ANSYS Fluent ................................123

اعتبار سنجی نتایج انسیس فلوئنت ..........................................................................................................126

اعتیار سنجی داده های Q-blade ..........................................................................................................127

بررسی تجربی سرعت زاویه ای نوربین بادی ........................................................................................128

مطالعه آزمایشگاهی نیروی لازم برای راه اندازی توربین بادیمحور عمودی داریوس ..................131

بررسی تجربی گشتاور لازم برای راه اندازی توربین بادی محور عمودی داریوس .........................134

بررسی تجربی توان لحضه ای لازم برای راه اندازی توربین بادی محور عمودی داریوس .............137

فصل پنجم: نتیجه گیری .......................................................................................................................141

فهرست علائم ................................................................................................................................................145

منابع ...............................................................................................................................................................146