Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Ebrahim Shirani
سعید ضیائی راد (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yaser Mehranfar
یاسر مهران فر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Designing and Manufacturing of a Helical Urban Wind Turbine
The purpose of this thesis is to design and manufacture a helical urban wind turbine with nominal power of 7.5 KW. Studying the wind energy and estimating its potential in Esfahan Province stations shows that the utilization of wind energy using of this kind of urban turbine, can have a considerable position in country (Iran). This turbine is a vertical axis wind one so that its operation is free from fluid flow direction; also it imposes less vibration to installation location in comparison with horizontal axis turbines. As a result it could be a suitable choice for using on buildings, roads and farmlands. In order to design and manufacture, the blades' cross sections of the turbine were selected from the type of asymmetric reformatted airfoils, of symmetric airfoil's family (NACA) and optimized then. The optimized dimensions of the turbine was determined as the turbine rotor height, 5m, rotor diameter, 3m, and the airfoil chord length, 20cm. Subsequently, the wind turbine was simulated using Fluent and ANSYS CFX software with the dimensions achieved in optimizing dimensions step. After various meshing in 3 different speeds, it was processed to determine the optimized power, torque and rotating speed. The results of processing turbine in the above-mentioned software were compared to outcomes from coding the turbine in MATLAB program (using inventive 3D model of flow in single tube), as well as results of experiments done on the foreign type which revealed that the theoretical results are in acceptable conformity to experimental results. With respect to forces resulting from software processing and primary design of turbine, the main parts such as blades, turbine shaft, holding plates, turbine mast and other pieces was processed by ANSYS and CATIA software. Concerning the technology available in the industry, following the completion of part designing procedure and after preparing the manufacturing drafts and selecting the required basic materials, the appropriate manufacturing method was suggested for each part. Holding and controlling plates were made using casting cast iron with polystyrene model, then turning and milling was done for the part. The turbine blade’s die with 1m length and the main die for blade with 6m length were made using casting aluminum and composite material respectively. Also the Teflon material was used to manufacture the die for holding plates of turbine blade which is made using CNC milling as well. One of the main factors affecting the turbine operation is the its weight, so in order to reduce the weight of blades and holding plates, carbon fiber composite, fiber glass and PVC foam that has high strength was used. Due to this fact that holding plates of turbine blade have less effect on operation of system in compared with blade itself, holding plates were made from fiber glass. Key Words Helical Urban Wind Turbine, Darrieus Wind Turbine, Quiet Revolution (QR5) Wind Turbine
هدف از انجام این پایان نامه، طراحی و ساخت یک نمونه توربین بادی شهری مارپیچی با توان اسمی 5/7 کیلووات می باشد. بررسی انرژی باد و تخمین پتانسیل آن در ایستگاه های موجود در استان اصفهان، نشان داد که بهره وری از انرژی باد با استفاده از این نوع توربین شهری می تواند جایگاه ویژه ای در کشور داشته باشد. توربین مورد نظر از دسته توربین های محور عمودی می باشد، به طوری که عملکرد آن مستقل از جهت جریان سیال است و در مقایسه با توربین های محور افقی، در حین کار ارتعاش کمتری به محل نصب وارد می کند، به همین دلیل می تواند گزینه ی مناسبی برای نصب بر روی ساختمان ها، خیابان ها و مزارع باشند. برای طراحی وساخت توربین بادی مارپیچی شهری، ایرفویل مقطع پره توربین از نوع نامتقارن اصلاح شده از ایرفویل های خانواده متقارن NACA تعیین و بهینه سازی گردید. ابعاد بهینه ی روتور توربین با توجه به ضریب صلبیت و ضریب منظر، به ارتفاع روتور توربین 5 متر، قطر روتور 3 متر و طول کورد ایرفویل مقطع پره 20 سانتی متر بدست آمد. توربین بادی با ابعاد بدست آمده در مراحل بهینه سازی ابعادی، در نرم افزارهای Fluentو ANSYS CFX شبیه سازی شده و به منظور بدست آوردن دور، توان و گشتاور بهینه توربین،بعد از انجام شبکه بندی با تعداد مش های مختلفدر سه سرعت گوناگونمورد تحلیل قرار گرفت. نتایج بدست آمده از تحلیل توربین در نرم افزارهای مذکور با نتایج بدست آمده از کدنویسی توربین بادی مارپیچی شهری با مدلابتکاری سه بعدی تک لوله جریان در نرم افزار Matlab و نتایج تست های انجام شده بر روی نمونه خارجی مقایسه شد،که انطباق قابل قبولی بین نتایج تئوری و تجربی مشاهده گردید. با توجه به نیروهای بدست آمده از تحلیل های نرم افزاری توربین و سپس طراحی اولیه آن، قطعات اساسی توربین مانند پره ها، شافت توربین، ستون توربین و دیگر تجهیزات توسط نرم افزارهای ANSYS و CATIA تحلیل گردید. پس از تکمیل روند طراحی قطعات، با توجه به تکنولوژی موجود در صنعت، تهیه نقشه های ساخت و انتخاب مواد اولیه مورد نیاز، روش ساخت مناسب برای هر قطعه ارائه شده است. ساخت پوسته های نگهدارنده و کنترلی، به وسیله ریخته گری فلز چدن بامدل یونولیتی انجام شده و بعداز ریخته گری، عملیات ترشکاری و فرزکاری بر روی قطعه صورت گرفته است. ساخت قالب یک متری پره توربین به روش ریخته hy;گری آلومینیوم و فرزکاری CNC وساخت قالب اصلی پره 6 متری با مواد کامپوزیتی انجام شده است. همچنین برای قالب صفحات نگهدارنده پره توربین از مواد تفلون استفاده شده که با عملیات فرزکاری CNC ساخته شده اند. یکی از عوامل موثر در عملکرد توربین، وزن توربین است که برای کاهش وزن پره ها و صفحات نگهدارنده پره توربین از مواد کامپوزیت الیاف کربن، الیاف گلس و فوم پی وی سی که دارای استحکام بالا می باشند، استفاده شده است. به دلیل تاثیر کمتر وزن صفحات نگهدارنده پره توربین نسبت به پره ها در عملکرد توربین، در ساخت صفحات نگهدارنده پره توربین از الیاف گلس استفاده شده است. کلمات کلیدی توربین بادی مارپیچی شهری، توربین بادی داریوس، توربین بادیqr5

ارتقاء امنیت وب با وف بومی