ТӨРТ ҚАЛАҚШАЛЫ SAVONIUS ТІК-ОСЬТІ ЖЕЛ ТРУБИНАСЫНЫҢ АЭРОДИНАМИКАЛЫҚ ӨНІМДІЛІГІН САНДЫҚ ЗЕРТТЕУ
Ключевые слова:
SAVONIUS типті тік-осьті жел турбинасы (VAWT), ANSYS CFX, өтпелі ротор–статор (TRS), k–ε турбуленттік моделі, торға тәуелсіздік, ұштық жылдамдық қатынасы (TSR), қуат коэффициенті (Cp)Аннотация
Бұл мақалада ANSYS CFX ортасында төрт қалақшалы Савониус типті тік-осьті жел турбинасына (VAWT) жүргізілген жан-жақты сандық зерттеу ұсынылды. Мақсат ретінде өтпелі аэродинамиканы, момент сипаттамаларын және қуат коэффициентін (Cp) жақсы бақыланған есептік жағдайда сандық бағалау, сондай-ақ жоғары дәлдікті әрі есептеу тұрғысынан үнемді модельдеуге қатысты қазіргі әдебиеттердегі үздік тәжірибелерді жүйелеу көзделді. Модельдеу стационарлық статор доменіне кіріктірілген айналмалы ротор доменін қамтып, олардың арасында Transient Rotor–Stator (TRS) санақ жүйесін ауыстыру интерфейсі қолданылды. Кіріс жел жылдамдығы 7 м/с, турбуленттілік қарқындылығы 5% болып қабылданды. Ротор жаһандық Z осі бойымен –90 рад/с бұрыштық жылдамдықпен айналды. Өнеркәсіптік ағындар үшін орнықтылығы және қабырға функцияларымен үйлесімділігі себепті масштабталатын қабырға функциялары бар стандартты k–ε турбуленттік моделі таңдалды. Тор генерациясы қалақша беттері маңында инфляцияға негізделген ұсақтату стратегиясымен орындалды; шамамен 1,0 млн түйін және 5,8 млн элемент алынды, ал элементтердің максималды қисаюы 0,8-ден аспады. Нәтижелер беттегі қысым мен жылдамдықтың периодтық тербелістерін, когерентті құйындардың бөлінуін және із-ағын өзара әрекеттесуін көрсетті. Сапалық үрдістер әдебиеттегі үш қалақшалы конфигурациялармен салыстырғанда моменттің бірқалыпты берілуі жақсарғанын аңғартты, алайда Cp-тің шыңдық мәні мардымсыз төмен болуы мүмкін екені байқалды; мұндай компромисс бұрынғы жұмыстарда да атап өтілген [1–3]. Зерттеуде модельдеу таңдаулары, тексеру рәсімдері және деректерді қысқарту процедуралары жинақталды және кейінгі оңтайландыру зерттеулеріне арналған қайта өндіруге болатын нұсқаулық ретінде ұсынылды.
References
[1] Al-Gburi, K. A. H., т.б. “Enhancing Savonius Vertical Axis Wind Turbine Performance: A Comprehensive Approach with Numerical Analysis and Experimental Investigations.” Energies, 16(10), 4204, 2023. (3D ANSYS CFX пайдаланылған).
[2] Minh, B. D., т.б. “Accuracy Computational Simulation of the Savonius Wind Turbine: Effect of RANS Turbulence Models.” Journal of Fluids Engineering, 147(12):121202, 2025.
[3] Al-Gburi, K. A. H., т.б. (ResearchGate препринті). Enhancing Savonius Vertical Axis Wind Turbine Performance, 2023.
[4] ANSYS, Inc. CFX-Solver Theory Guide, Release 25.1 (және Release 18.0 тұжырымдамалары). Transient Rotor–Stator және pitch-change модельдері бөлімі.
[5] Blackwell, B. F., т.б. “Wind Tunnel Performance Data for Two- and Three-Bucket Savonius Rotors.” SAND76-0131, Sandia Laboratories, 1977.
[6] Blackwell, B. F., т.б. OSTI Report 7310710, 1977 (2- және 3-«шөмішті» Савониус роторлары бойынша кеңейтілген деректер).
[7] Launder, B. E., және Spalding, D. B. “The Numerical Computation of Turbulent Flows.” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3(2), 1974.
[8] Versteeg, H. K., және Malalasekера, W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. 2-бас., Pearson, 2007.
[9] ANSYS, Inc. CFX-Solver Manager User’s Guide (өтпелі blade row, mixing-plane және шығулар туралы бөлімдер).
[10] Utomo, I. S., т.б. “Experimental Studies of Savonius Wind Turbines with Various Overlap.” AIP Conference Proceedings, 2018.
[11] Noman, A. A., т.б. “Savonius wind turbine blade design and performance modeling.” Heliyon, 9(12), e21234, 2023.
[12] ANSYS Help: Transient Blade Row Model Settings (Time Transformation vs. Profile Transformation).
[13] Apsley, D. Turbulence Modelling. University of Manchester notes, 2002 (rev.).
[14] Pope, S. B. Turbulent Flows. Cambridge University Press, 2000.
[15] CFD-Online Forums. “Pitch Change / Transient Rotor–Stator in CFX.” Талқылау тармағы, 2018.
Downloads
Опубликован
How to Cite
Выпуск
Раздел
License
Copyright (c) 2025 Aigerim Tolymbek, Dana Shaukenova, Almas Temirbekov, Dauren Zhakebayev
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
