Aerodynamic and Structural Optimization of vertical axis wind turbine. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Final approved thesis)
Aerodynamic_and_Structural_Optimization_of_vertical_axis_wind_turbine.pdf - Accepted Version Download (3MB) | Preview |
Arabic Abstract
نطاق هذه الأطروحة هو تطوير إطار عددي لتحسين تصميم توربين الرياح ذات المحورالرأسي. هدف هذه الأطروحة هو الوصول لتصميم توربين يخفض تكلفة الطاقة. يتطلب تحديد التصميم الأمثل توازناً دقيقاً بين إنتاج أقصى كمية من الطاقة المنتجة من التوربين وتقليل كمية المواد المستخدمة لبناء التوربين. وبالتالي ، هناك حاجة إلى إجراء تحليل مزدوج يجمع بين الديناميكيات الهوائية والميكانيكية الهيكلية للتوربين لاكتشاف هذا التوازن الدقيق.في هذه الأطروحة تستخدم أدوات محاكاة حديثة لمحاكاة الديناميكية الهوائية والهيكلية للتوربين. هذه الأدوات المستخدمة تم تطويرها في جامعة الدنمارك التقنية ، قسم طاقة الرياح. أدوات المحاكاة هذه تم دمجها مع هيكلية التحسين الرقمي لإيجاد الشكل والتركيب الهيكلي الداخلي للتوربين الذي يعطي التكلفة المثلى على أساس الهدف المحدد والقيود. تم الحصول على العديد من التصاميم المثلى باستخدام إطار التحسين الحالي. تم الحصول على بعض التصاميم من خلال اقتران المتغيرات الديناميكية والهيكلية باستخدام هدف متعدد التخصصات. تم الحصول على تصميمات أخرى عن طريق تغيير المتغيرات الإيروديناميكية والهيكلية بالتسلسل عن طريق استخدام سلسلة من الأهداف الفردي. تشير النتائج النهائية إلى أن الهدف متعدد التخصصات يؤدي إلى تصاميم ذات التكلفة الأقل ، بينما يعطي النهج المتسلسل إنتاجًا سنويًا أعلى من الطاقة بتكلفة أعلى قليلاً من الهدف متعدد التخصصات
English Abstract
The scope of this thesis is to develop a method for the aerodynamic and structural optimization of vertical axis wind turbine (VAWT) and implement it in the design of a multi-megawatt VAWT that yields low cost of energy. Determination of the optimum design requires a delicate balance between maximizing the energy produced from the turbine and minimizing the amount of material used to build the turbine. Thus, a coupled analysis that combines both aerodynamics and structural mechanics of the turbine is needed to discover this delicate balance. State of the art simulation tools are used to simulate the coupled aerodynamic and structural response of the turbine in the time domain. These tools include HAWC2 and BECAS codes developed at the Denmark Technical University, Department of Wind Energy (DTU Wind Energy). These simulation tools are interfaced with MATLAB numerical optimization routines to find the shape and internal structural makeup of the turbine rotor that gives the optimum cost based on a defined objective function and constraints. Several optimum designs are obtained using the present optimization framework. Some designs are obtained by coupling the aerodynamic and structural variables employing a single multi-disciplinary objective function. Other designs were obtained by sequentially varying the aerodynamic and structural variables by employing a sequence of single discipline objective functions. Final results show that the coupled approach results in lower cost of energy, while the sequential approach gives higher annual energy production at slightly higher cost.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Engineering Aerospace |
| Department: | College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering |
| Committee Advisor: | Sahin, Ahmet |
| Committee Members: | Saeed, Farooq and Ouakad, Hassen |
| Depositing User: | ALI ALHAMALY (g201406980) |
| Date Deposited: | 17 May 2018 08:34 |
| Last Modified: | 01 Nov 2019 16:40 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140711 |