cobelovely0706
New Member
Download miễn phí Đồ án Turbine gió bách khoa Hà Nội
LỜI NÓI ĐẦU 2
1. Giới thiệu Turbin gió 3
1.1 Turbin gió trục ngang 3
1.2 Tubin gió trục đứng 4
2. Khí động học Turbin gió trục ngang 5
2.1 Khái niệm hoạt động thực của rotor 5
2.2 Thuyết động lượng và hệ số công suất của rotor 6
2.3 Số Betz giới hạn 7
2.4 Lý thuyết phân tố cánh 8
2.5 Thuyết động lượng phân tố cánh (BEM) 10
3 Thiết kế cánh quạt rotor loại 20KW 11
3.1 Tính bán kính cánh quạt rotor 11
3.2 Profin cánh 13
3.3 Chiểu dài dây cung cánh 17
3.4 Góc đặt cánh 20
3.5 Mô hình turbin 22
4. Mô phỏng turbin bằng phương pháp CFD 23
4.1 Tổng quan về CFD 23
4.2 Chia lưới và mô phỏng 24
5. Kết luận và mở rộng 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO 32
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU 2
1. Giới thiệu Turbin gió 3
1.1 Turbin gió trục ngang 3
1.2 Tubin gió trục đứng 4
2. Khí động học Turbin gió trục ngang 5
2.1 Khái niệm hoạt động thực của rotor 5
2.2 Thuyết động lượng và hệ số công suất của rotor 6
2.3 Số Betz giới hạn 7
2.4 Lý thuyết phân tố cánh 8
2.5 Thuyết động lượng phân tố cánh (BEM) 10
3 Thiết kế cánh quạt rotor loại 20KW 11
3.1 Tính bán kính cánh quạt rotor 11
3.2 Profin cánh 13
3.3 Chiểu dài dây cung cánh 17
3.4 Góc đặt cánh 20
3.5 Mô hình turbin 22
4. Mô phỏng turbin bằng phương pháp CFD 23
4.1 Tổng quan về CFD 23
4.2 Chia lưới và mô phỏng 24
5. Kết luận và mở rộng 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO 32
LỜI NÓI ĐẦU
Nguồn năng lượng đang là một vấn đề toàn cầu.Cũng với sự phát triển của các ngành công nghiệp,năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt.Nhu cầu tìm ra loại năng lượng mới,sạc,có thể tái tạo được,…thây thế nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống là bào toán đặt ra từ lâu đối với các quốc gia phát triển như Anh,Mỹ,Pháp,…
Cùng với việc mở cửa hội nhập của nền kinh tế,Việt Nam cũng gặp phải những khó khăn và trở ngại chung khi thiếu hụt về năng lượng,trong khi các nguồn năng lượng truyền thống dần không đủ đáp ứng.Mặt khác,Việt Nam còn có lợi thế là hơn 3000km bờ biển nên nguồn năng lượng gió là rất dồi dào.Với ưu thế về vị trí địa lý này,Việt Nam hoàn toàn có thể sử dụng nguồn năng lượng gió.Và những năm gần đây,khai thác năng lượng gió đang được nhà nước quan tâm.
Với đề tài “Thiết kế và mô phỏng turbin gió trục ngang loại 20KW” ,Chúng em đã thiết kế loại turbin này sao cho nó gần giống với loại turbin đã được lắp ở Quảng Nam,do công ty WestWind sản suất,từ đó kiểm nghiệm hiệu suất bẳng phương pháp CFD.Đây là một đề tài rất hay,có liên quan thực tế.Tuy nhiên đây cũng là một đề tài mới vì vậy trong quá trinhg làm đồ án chúng em không tránh khỏi những sai sót và hạn chế về kiến thức.Chúng em rất mong nhận được sự góp ý và đánh giá của các thầy cô giáo trong bộ môn
1. Giới thiệu Tubin gió
Về cơ bản có thể chia loại tubin gió theo nhiều hình thức khác nhau : theo cấu tạo hoạt động, theo công suất hay theo số cánh quạt. Tuy nhiên có thể chia tubine gió theo 2 loại cơ bản sau đây : Tubine gió trục ngang và tubine gió trục đứng.
1.1. Tubin gió trục ngang (HAWT)
Hình 1.1 Turbine gió trục ngang
Đây loại tubin gió phổ biến trên thị trường.
Công suất phát điện từ vài trăm W đến vài MW.
Dải vận tốc gió hoạt động từ 4m/s-25m/s.
Chiều cao cột chống tubin 6m ( loại công suất nhỏ) – 120m (loại công suất lớn)
Số cánh quạt 2-3 cánh quạt.
Bán kính cánh quạt từ 3m - 45m.
Số vòng quay cánh quạt 20 – 40vòng/phút.
1 số đặc điểm của tubin gió trục ngang :
Đây là loại tubin gió có hiệu suất cao nhất.
Thích hợp với nhiều vận tốc gió khác nhau.
Hình dạng và kích thước lớn nên đòi hỏi chỉ số an toàn cao.
Tuy có hệ thống điều chỉnh hướng để đón gió xong vẫn giới hạn ở 1 góc quay nhất đinh nên chỉ thích hợp cho nhưng nơi có vận tốc gió ổn định.
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo turbin gió trục ngang
1.2 Tubin gió trục đứng (VAWTs)
Hình 1.3 Turbine gió trục đứng
Đây là loại tubin mới phát triển trong thời gian gần đây.
Dải vận tốc gió hoạt động 3-40m/s.
Chiều cao tubin dưới 30m.
Số cánh quạt 2 - 4 cánh.
Bán kính cánh quạt dưới 10m.
Đặc điểm :
Dải vận tốc gió hoạt động là khá rộng.
Tubin hoạt động không phụ thuộc vào hướng của vận tốc dòng khí nên có thể lắp đặt ở vị trí có vận tốc gió cao với dòng chảy không ổn định.
Tuy nhiên hiệu suất của tubin chỉ bằng 50% so với tubin trục ngang khi hoạt động ở cùng 1 vận tốc gió.
2. Khí động học Turbin gió trục ngang
2.1 Khái niệm hoạt động thực của rotor
Hình 2.1 Sự thay đổi áp suất và vận tốc gió qua turbine
Đây là sơ đồ miêu tả các biến đổi của dòng chảy khi đi qua đĩa rotor. Với các thông số ∞,d,w lần lượt đặc trưng cho dòng chảy ở xa vô cùng phía trước rotor, tại rotor, và xa vô cùng ở phía sau rotor.
Xét định luật bảo toàn khối lượng cho dòng chảy qua rotor tại 3 tiết diện ở xa vô cùng phía trước, phía sau và ngay tại rotor :
ρ.A∞.U∞ = ρ. Ad.Ud = ρ.Aw.Uw
Đặt
Ud= U∞(1-a) (2.1)
Thay vào biểu thức trên ta được :
A∞.U∞=1-a.Ad.U∞ (2.2)
Ta thấy rằng với rotor có diện tích Ad thì tương ứng với phần diện tích
A∞=1-a.Ad của dòng không khí là trao đổi năng lượng với rotor. Hệ số a được gọi là hệ số thu hẹp của dòng chảy. Đây là 1 hệ số đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa dòng không khí và rotor.
2.2 Thuyết động lượng và hệ số công suất của rotor
Do mặt trước và mặt sau rotor có bước nhảy về áp suất nên suất hiện lực và lực này la nguyên nhân thay đổi động lượng của dòng khí qua rotor.
F=(pd+-pd-). Ad = (U∞ - Uw).ρ. Ad.Ud (2.3)
Phương trình Becnuli cho dòng chảy ta có
12.ρ.U2+p+ρ.g.h=constant
Áp dụng cho dòng chảy trước đĩa
12.ρ∞.U∞2+ρ∞.g.h∞=12.ρd.Ud2+ pd++ρd.g.hd
12.ρU∞2=12ρ.Ud2+ pd+ (2.4)
Tương tự như vậy cho dòng chảy sau đĩa
12.ρUw2=12ρ.Ud2+ pd- (2.5)
Kết hợp (3.3) và (3.4) ta có
(pd+-pd-)= 12ρ.(U∞2-Uw2)
Thay vào phương trình (3.2) ta được
12.ρU∞2-Uw2.Ad=U∞ - Uw.ρ. Ad.Ud
Mà Ud= U∞(1-a) nên ta có
Uw=1-2a.U∞ (2.6)
Điều này có nghĩa là vận tốc vào rotor và vận tốc ở xa vô cùng phía sau rotor đều giảm đi 1 lượng a.U∞
Thay vào biểu thức (4.1) ta có
F=U∞ - Uw.ρ. Ad.Ud=2.ρ.AdU∞2a(1-a) (2.7)
Công suất truyền cho rotor chính là công giãn nở của dòng khí
P=F.Ud=2.ρ.AdU∞3a(1-a)2 (2.8)
Hệ số công suất của rotor là tỷ số giữa công truyền cho rotor và động năng dòng khí đi qua diện tích quét của rotor trong 1 đơn vị thời gian
η=P12.ρ.U∞3.Ad
Thay vào trên ta có η=4a(1-a)2 (3.8)
2.3. Số Betz giới hạn
Đạo hàm biểu thức (3.8) theo a ta có
dηda=41-a1-3.a=0
Ta thấy rằng a=13 → ηmax=1627=0,593
Tức là hiệu suất của rotor max. Đây cũng chính là nội dung định luật Betz được nhà vật lý người Đức Albert Betz tìm ra vào năm 1926. Với mọi loại tubin thì đều không thể đạt được hệ số công suất lớn nhất này. Không phải sự giới hạn khi thiết kế mà là dòng chảy của không khí vào tubin bị thu hẹp đi so với dòng chảy tự do qua bề mặt rotor.
Và điều này đã được chứng minh trong thực tế. Các tubin gió hiện đại ngày nay đều có hiệu suất chỉ đạt 30-45%.
2.4 Lý thuyết phân tố cánh
Lực tác dụng lên phân tố cánh phụ thuộc và 2 yếu tố có thể thay đổi được là kích thước cánh và góc tấn nhờ sự xác định vận tốc tương đối với cánh. Thành phần vận tốc chuyển động dọc theo bán kính của cánh rotor coi như không đáng kể.
Biết được hình dáng phân tố cánh ta có thể xác định được các hệ số lực nâng và lực cản Cl,Cd và biến thiên của chúng theo góc tấn.
Xét tubin gió quay với vận tốc góc là Ω và vận tốc dòng khí là U∞.
Tubin có N cánh, bán kính R và chiều dài dây cung là c. Góc đặt cánh là β là góc giữa đường khí động cánh và mặt phẳng quay của đĩa.
Cả 2 yếu tố c,β đều có thể biến thiên theo bán kính cánh quạt.
Tại 1 phân tố cánh r, vận tốc tiếp tuyến của phân tố cánh là Ωr và vận tốc tiếp tuyến của vết là a'Ωr. Do đó vận tốc tiếp tuyến tương đối của dòng kh...