استفاده از ديناميک سيالات محاسباتي در بهينه سازي توربين هاي
جريان دريايي
چکيده
استفاده از ديناميک سيالات محاسباتي در امر تحقيق و توسعه صنعتي به
امري نرمال و معمولي تبديل شده است. پيشرفت هاي فني دقت کدها را، هر
چند به قيمت پرداخت هزينههاي مرتبط با قدرت محاسباتي، بهبود
داده است. ديناميک سيالات محاسباتي اگر بطور صحيح مورد استفاده قرار
گيرد ابزاري قدرتمند بوده و براي تحقق آن آگاهي از هنگام و نحوه
استفاده از سطوح مختلف کدها حائز اهميت است. اين مقاله به تشريح مزاياي
نسبي کدهاي مختلف (از کدهاي پانل سه بعدي ساده گرفته تا معادلات ناوير
استوکس رينولدز متوسط) با توجه به بهينه سازي توربينهاي جريان دريايي
ميپردازد. اهداف مقاله بحث و بررسي در مورد مدل هاي اغتشاش، برهم کنش
هاي ساختار سيال و نهايتا طراحي، تحقيق و بهينه سازي ميباشد...
کلمات کليدي : ديناميک سيالات محاسباتي، انرژي تجديد پذير و توربين
جريان دريايي
مقدمه
اقيانوسها يکي از منابع دست نخورده بشمار آمده و قابليت تامين سهم
عمده اي از نيازهاي انرژي آينده ما را دارند. جستجو براي يک منبع انرژي
تجديد پذير و پاک محرکي براي يافتن شيوه اقتصادي مهار انرژي اقيانوس
است. انواع مختلفي از انرژيهاي اقيانوسي وجود دارند كه بعنوان منابع
بالقوه براي توليد قدرت مورد بررسي قرار گرفته اند. اين منابع شامل
انرژي حرارتي، انرژي موج، انرژي باد دور از ساحل، انرژي جزر و مد و
انرژي جريان اقيانوسي هستند. اما اين منابع تنها در صورتي کاربردي
ميشوند که با توسعه موفق تکنولوژي توانايي استفاده مطمئن و مقرون به
صرفه از آنها فراهم شود...
طراحي توربين جزر و مدي محور افقي با مشکلاتي روبرو است که هنگام
عملکرد چنين سيستميدر هوا رخ نميدهد، اين مشکلات بواسطه تفاوت در شکل
و نماي سطوح پرهها با نوع توربين بادي محور افقي ميباشد...
ديگر نيروهاي موجود روي يک توربين جزر و مدي محور افقي شامل بارهاي
تناوبي افزوده، کاويتاسيون، تداخل لايه مرزي و بارگذاري موجي هستند.
تغييرات در فشار استاتيک و سرعت در سرتاسر ستون آب عمودي نيز اثرات
ديناميکي قابل توجهي را بر روي تيغههاي روتور اعمال ميکند...
هدف اين مقاله بحث و بررسي در مورد مزايا و معايب تعدادي از
متداولترين تکنيکهاي ديناميک سيالات محاسباتي و مدلهاي اغتشاش است.
سپس به بررسي بيشتر ديناميک سيالات محاسباتي همراه با ديگر تکنيکهاي
تجزيه و تحليل همچون بر هم کنشهاي ساختار سيال ميپردازد. در پايان
بحثي در مورد ارتباط طراحي، تحقيق و بهينه سازي با در نظر گرفتن
مدلسازي سيال پيچيده تضمين شده است...
ارزيابي تميزي و کاويتاسيون پرههاي توربين جريان دريايي در فرآيند
طراحي مورد نياز ميباشند. شروع کاويتاسيون هنگامياتفاق ميافتد که
فشار موضعي مقطع افت کرده و کمتر از فشار بخار سيال ميشود. تمايل به
وقوع کاويتاسيون در سمت انتهاي پرهها و روي وجه و نزديکي نوک پره
وجود داشته و باعث کاهش راندمان پرهها و در کل کاهش راندمان توربين
ميگردد و به همان اندازه فرسايش و خوردگي ماده پره را نيز کاهش ميدهد...
آناليز سه بعدي :
پانل کدهاي سطحي اجازه دست يابي به آناليز کاملتري از عملکرد توربين
را فراهم ميکنند. چنين کدهايي ويژگيها و خصوصيات هر پانل بر روي سطح
بدنه تحت آناليز را براي توليد توزيع فشار و اطلاعات ليفت و دراگ پانل
و نهايتا براي کل بدنه محاسبه ميکنند...
معادلات ناوير استوکس رينولدز متوسط
معادلات ناوير استوکس رينولدز متوسط، معادلات متوسط زماني جابجايي براي
جريان سيال هستند. اصولا اين معادلات هنگام بحث در مورد
جريانهاي آشفته مورد استفاده قرار ميگيرند. اين معادلات ميتوانند
با تقريبهايي مبتني بر آگاهي از خواص اغتشاش جريان جهت ارائه راه
حلهاي متوسط تقريبي براي معادلات ناوير استوکس مورد استفاده قرار
گيرند...
طراحي، تحقيق و بهينه سازي نقشي کليدي در استفاده از فرآيندهاي گران
قيمت محاسباتي همچون ديناميک سيالات محاسباتي، روش المان محدود و بويژه
برهم کنشهاي ساختار سيال بازي ميکند. استفاده صحيح از الگوريتمهاي
بهينه سازي ميتواند بطور قابل توجهي تعداد تکرارهاي مورد نياز را کاهش
داده و جوابهاي بهينهاي را بدون صرف زمانهاي چشمگير محاسباتي و
بشري توليد نمايد...
