Numerical Simulations on Hybrid Savonius - Darrieus Wind Turbine with Varying Airfoil Shape and Solidity Ratio

Chhin, Savry (2020) Numerical Simulations on Hybrid Savonius - Darrieus Wind Turbine with Varying Airfoil Shape and Solidity Ratio. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img]
Preview
Text
0211850087003-Master_Thesis.pdf - Accepted Version

Download (13MB) | Preview

Abstract

Permintaan akan energi hijau dan bersih meningkat di seluruh dunia. Vertical Axial Wind Turbine (VAWT) digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik yang umum digunakan di perkotaan. Selain itu, pada kecepatan angin rendah terletak pada kisaran ketinggian yang rendah, sehingga sangat penting untuk menerapkan turbin angin kecil di kawasan pemukiman. Gabungan rotor H-Darrieus dan Savonius disebut turbin angin hybrid. Ia memiliki bilah Darrieus sebagai airfoil, dan bilah Savonius di tengah. Rotor H-Darrieus memiliki efisiensi daya yang tinggi, tetapi sulit untuk memulai-berputar, karena kebalikan dari rotor Savonius, yang kemampuan mulai sendiri lebih baik, efisiensi rendah. Selain itu, rotor H-Darrieus dan Savonius umumnya populer, fitur konstruksi sederhana, dan biaya produksi dan pemasangan yang lebih murah. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi performansi daya turbin hybrid secara numerik, dimana membandingkan koefisien daya (CP) antara kedua jenis turbin hybrid yang merupakan bentuk NACA-airfoil yang berbeda sebagai standar simetris dan asimetris. Selain itu, ada upaya untuk menyatakan konfigurasi yang sesuai dengan memvariasikan rasio soliditas. Model akan diimplementasikan dengan memvariasikan beberapa parameter seperti rasio kecepatan ujung, TSR = (0,5-4) kecepatan aliran bebas 4 m / detik, dan rasio soliditas, σ = (0,2-0,8). Model dua dimensi (2-D) computational fluid dynamic (CFD) unsteady (transient) akan digunakan untuk mensimulasikan seluruh model. Jaring bergerak diterapkan untuk bagian yang berputar. Simulasi akan dilakukan dengan menggunakan model turbulen k-ω shear stress transport (SST). Tentunya, hasil yang dihasilkan dengan menghormati kinerja turbin angin seperti koefisien daya (CP), koefisien momen (CM) pada rentang rasio kecepatan ujung (TSR), dan kinerja aerodinamis dari interaksi aliran fluida. ke turbin angin. Seluruh model telah selesai; oleh karena itu, kontur turbin dan kinerja grafik dihasilkan. Pertama, CM dari rotor gabungan dari dua konfigurasi yang berbeda simetris dan asimetris dari airfoil standar NACA ditampilkan masing-masing sekitar 0,12 dan 0,13 pada TSR 2,75 dengan kecepatan masuk 4 m / detik. Selain itu pencapaian nilai CP yang ditentukan oleh NACA-0018 adalah 35.14% dan NACA-2415 adalah 36.62%. Kedua, rasio soliditas rendah (σ = 0,2) telah menghasilkan koefisien daya yang tinggi pada rentang TSR yang besar. Tetapi rasio soliditas tinggi (σ = 0.8) menghasilkan kinerja tinggi seiring dengan rendahnya kisaran TSR. Sedangkan rasio soliditas sedang (σ = 0.4) beroperasi pada rentang TSR yang sama. Itu telah muncul di puncak kinerja turbin yang dibandingkan dengan analisis konvensional. Berdasarkan bukti kinerja grafis tersebut, soliditas 0,4 menggambarkan CP yang lebih tinggi sebesar 36,41% pada TSR 2,5. Selain itu, TSR rendah dari rotor gabungan telah menghasilkan kemampuan mulai sendiri yang dibandingkan dengan rotor H-Darrieus tunggal. =========================================================================================== The demand for green and clean energy is increasing all over the world. Vertical Axial Wind Turbine (VAWT) is utilized to convert mechanical energy into electrical energy, which is commonly used in urban areas. In addition, at low wind speed is located at a low range of height, so it is significant to implement the small wind turbine in the residential area. The combined of H-Darrieus and Savonius rotors is called a hybrid wind turbine. It has the Darrieus blades form as the airfoils, and the Savonius blades in the middle. H-Darrieus rotor has high power efficiency, but it is difficult to start-rotating, as the inverse of the Savonius rotor, which is better self-starting capability, low efficiency. Moreover, H-Darrieus and Savonius rotors are commonly popular, simple construction features, and less cost of manufacturing and installation. The aims of this study will evaluate numerically the power performance of the hybrid turbine, where compares the coefficient of power (CP) between the two types of hybrid turbine that is a different form of NACA-airfoils as symmetric and asymmetric standard. Also, there is an attempt to state a suitable configuration by varying solidities ratios. The model will implement by varying some parameters such as tip speed ratio, TSR= (0.5-4) free stream velocity of 4 m/sec, and solidity ratio, σ =(0.2-0.8). Two-dimensional (2-D) computational fluid dynamic (CFD) unsteady (transient) model will use for simulating the whole model. A moving mesh is applied for the rotating part. The simulation will be carried out by using a shear stress transport (SST) k-ω turbulent model. Definitely, the results are generated by respecting the performance of the wind turbine such as coefficients of power (CP), coefficient of the moment (CM) over the range of the tip speed ratio (TSR), and aerodynamic performance of the fluid flow interaction to the wind turbine. The entire model had completed; therefore, the turbine contours and graphic performance are generated. Firstly, the CM of the combined rotor of the two configurations in different of symmetric and asymmetric of the NACA standard airfoil is presented about 0.12 and 0.13 respectively at a TSR of 2.75 with an inlet velocity of 4 m/sec. Also, the achievement of the CP value is determined by NACA-0018 was 35.14% and NACA-2415 was 36.62%. Secondly, a low solidity ratio (σ=0.2) has generated a high coefficient of power at a large range of TSRs. But high solidity ratio (σ=0.8) is conducted high performance along with the low range of the TSR. Meanwhile, a medium solidity ratio (σ=0.4) operated at the same range of TSRs. It has appeared at the peak of the turbine performance which is compared to conventional analysis. Based on the evidence of the graphic performance is that the solidity of 0.4 illustrated the higher CP of 36.41% at a TSR of 2.5. Moreover, the low TSR of the combined rotor has generated the capabilities of self-starting which is compared to a single H-Darrieus rotor.

Item Type: Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords: Numerical Simulation, Hybrid Savonius-Darrieus rotor, VAWT, Self-starting, and H-Darrieus rotor.
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ828 Wind turbines
Divisions: Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User: Chhin Savry
Date Deposited: 28 Aug 2020 03:27
Last Modified: 28 Aug 2020 05:41
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/80655

Actions (login required)

View Item View Item