Құрамалы қалақшалары бар жел энергетикалық қондырғының аэродинамикалық сипаттамаларын арттыру: аэродинамика мен қысым таралуының сандық және эксперименттік талдау.
DOI:
https://doi.org/10.31489/2025N2/79-87Кілт сөздер:
жел энергетикалық қондырғы, құрамалы қалақшалар, қысымның таралуы, аэродинамикалық сипаттамалар, сандық модельдеуАңдатпа
Жел энергетикалық қондырғылардың тиімділігін арттыру жаңартылатын энергия көздеріне сұраныстың өсуі жағдайында өзекті міндет болып табылады. Бұл жұмыста қозғалмайтын профильдер мен айналмалы цилиндрлерді біріктіретін, екі құрамалы қалақшалармен жабдықталған, жел энергетикалық қондырғының аэродинамикалық сипаттамалары зерттелді. Зерттеу нысаны – ағын бағытын оңтайландыруға және көтеру күшін ұлғайтуға арналған қондырғы моделі. Әдіснама Ansys Fluent пакетіндегі сандық моделдеуді және зертханалық жағдайларда эксперименттік сынақтарды қамтиды. Негізгі нәтижелер ауа ағынының жылдамдығы 3-тен 12 м/с-қа дейін артқан кезде тарту күші 0,5 Н-дан 3,85 Н-қа дейін артатынын көрсетеді. Тарту коэффициенті Рейнольдс санының өсуімен 1,45-тен 1,05-ке дейін азаяды, бұл турбуленттік режимге көшу кезінде аэродинамикалық сипаттамалардың жақсарғанын дәлелдейді. Қалақшалардың бетіндегі ең аз және ең жоғары қысымды салыстырмалы талдау айналу жылдамдығының өсуі мен қысым айырымының артуы арасындағы күшті корреляцияны анықтады: pmax шамамен 0,4 Па-дан 0,7 Па-ға дейін, ал pmin – 0,15 Па-дан 0,4 Па-ға дейін өседі. Сандық және эксперименттік деректерді салыстыру 5%-дан аспайтын айырмашылықты көрсетті, бұл модельдің дұрыстығын және әдістеменің дұрыстығын растайды. Қорытындылар құрамалы қалақшаларды қолдану жел энергетикалық қондырғылардың аэродинамикалық тиімділігін дәстүрлі конструкциялармен салыстырғанда 8-10%-ға арттыруға мүмкіндік беретінін көрсетеді. Бұл жақсару жел энергетикасының неғұрлым тиімді және орнықты жүйелерін, әсіресе жел әлеуеті төмен және орташа өңірлерде құруға ықпал етуі мүмкін.
References
Hassan Q., Algburi S., Sameen A.Z., Salman H.M., Jaszczur M. (2023) A review of hybrid renewable energy systems: Solar and wind-powered solutions: Challenges, opportunities, and policy implications. Results in Engineering, 101621. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101621 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101621
Wolniak R., Skotnicka-Zasadzień B. (2023) Development of wind energy in EU countries as an alternative resource to fossil fuels in the years 2016–2022. Resources, 12(8), 96. https://doi.org/10.3390/resources12080096 DOI: https://doi.org/10.3390/resources12080096
Xie F., Aly A.M. (2020) Structural control and vibration issues in wind turbines: A review. Engineering Structures, 210, 110087. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.110087 DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.110087
Ahmad M., Shahzad A., Qadri M.N.M. (2023) An overview of aerodynamic performance analysis of vertical axis wind turbines. Energy & Environment, 34(7), 2815-2857. https://doi.org/10.1177/0958305X221121281 DOI: https://doi.org/10.1177/0958305X221121281
Hand B., Kelly G., Cashman A. (2021) Aerodynamic design and performance parameters of a lift-type vertical axis wind turbine: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 139, 110699. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110699 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110699
Maheshwari Z., Kengne K., Bhat O. (2023) A comprehensive review on wind turbine emulators. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 180, 113297. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113297 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113297
Li Y., Yang S., Feng F., Tagawa, K. (2023) A review on numerical simulation based on CFD technology of aerodynamic characteristics of straight-bladed vertical axis wind turbines. Energy Reports, 9, 4360-4379. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.03.082 DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.03.082
Al-Rawajfeh M.A., Gomaa M.R. (2023) Comparison between horizontal and vertical axis wind turbine. International Journal of Applied, 12(1), 13-23. https://doi.org/10.11591/ijape.v12.i1.pp13-23 DOI: https://doi.org/10.11591/ijape.v12.i1.pp13-23
Bai X., Ji C., Grant P., Phillips N., Oza U., Avital E.J., Williams J.J. (2021) Turbulent flow simulation of a single-blade Magnus rotor. Advances in Aerodynamics, 3, 1-22. https://doi.org/10.1186/s42774-021-00068-9 DOI: https://doi.org/10.1186/s42774-021-00068-9
Dyusembaeva, A., Tanasheva, N., Tussypbayeva, A., Bakhtybekova, A., Kutumova, Z., Kyzdarbekova, S., & Mukhamedrakhim, A. (2024) Numerical Simulation to Investigate the Effect of Adding a Fixed Blade to a Magnus Wind Turbine. Energies, 17(16), 4054. https://doi.org/10.3390/en17164054 DOI: https://doi.org/10.3390/en17164054
Tanasheva, N.K., Dyusembaeva A.N., Bakhtybekova A.R., Minkov L.L., Burkov M.A., Shuyushbayeva N.N., Tleubergenova A.Z. (2024) CFD simulation and experimental investigation of a Magnus wind turbine with an improved blade shape. Renewable Energy, 121698. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121698 DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121698
Mohammed O.A., Mohammed S.A., Ghazaly N.M. (2024). Influence of moisture condition and silica sand on friction coefficient of wind turbine brake system. Eurasian Physical Technical Journal, 21(3 (49)), 117-124. https://doi.org/10.31489/2024No3/117-124 DOI: https://doi.org/10.31489/2024No3/117-124
Yershina A.K., Sakipova S.E., Manatbayev R.K. (2019) Some design features of the carousel type wind turbine Bidarrieus. Eurasian Physical Technical Journal, 16(2 (32)), 63-67. https://doi.org/10.31489/2019No2/63-67 DOI: https://doi.org/10.31489/2019No2/63-67
Dyusembaeva A.N., Tleubergenova A.Z., Tanasheva N.K., Nussupbekov B.R., Bakhtybekova A.R., Kyzdarbekova S.S. (2024) Numerical investigation of the flow around a rotating cylinder with a plate under the subcritical regime of the Reynolds number. International Journal of Green Energy, 21(5), 973-987. https://doi.org/10.1080/15435075.2023.2228394 DOI: https://doi.org/10.1080/15435075.2023.2228394
Naji M.M., Jabbar B.A. (2024) Diffuser-augmented wind turbine: A review study. AIP Conference Proceedings, 3051(1), 100015. https://doi.org/10.1063/5.0191895 DOI: https://doi.org/10.1063/5.0191895
Demidova G.L., Anuchin A., Lukin A., Lukichev D., Rassõlkin A., Belahcen A. (2020) Magnus wind turbine: Finite element analysis and control system. In 2020 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM) 59-64. IEEE. https://doi.org/10.1109/SPEEDAM48782.2020.9161922 DOI: https://doi.org/10.1109/SPEEDAM48782.2020.9161922
Lahoz M., Nabhani A., Saemian M., Bergada J. M. (2024) Wind turbine enhancement via active flow control implementation. Applied Sciences, 14(23), 11404. https://doi.org/10.3390/app142311404 DOI: https://doi.org/10.3390/app142311404
Gujar S., Auti A., Kale S. (2025) Advancements in wind energy: Exploring the potential of diffuser-augmented wind turbines (DAWTs). SSRG International Journal of Mechanical Engineering, 12(1), 12–23. https://doi.org/10.14445/23488360/IJME-V12I1P102 DOI: https://doi.org/10.14445/23488360/IJME-V12I1P102
Downloads
Жарияланды
How to Cite
Журналдың саны
Бөлім
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
