توصيفگر ها :
: شبيه سازي عددي , توربين بادي , يخ زدگي , يخ زدايي , محرك پلاسمايي
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، شبيهسازي عددي يخزدايي از پرههاي يك توربين باد با استفاده از محرك پلاسمايي از نوع تخليهي سد ديالكتريك انجام گرفتهاست. ابتدا پديدهي تشكيل يخ بر روي ايرفويل ناكا0012 در حالت پايه با مجموعهاي از شرايط ثابت از جمله دماي جريان ورودي، سرعت هوا، رطوبت نسبي و دماي سطح ايرفويل بررسي شد. سپس به منظور ارزيابي دقيقتر با ثابت در نظر گرفتن سه پارامتر، تاثير هركدام از پارامترها بر نرخ تجمع يخ بررسي شد و با حالت پايه مقايسه گرديد. سپس اثر حرارتي محرك پلاسمايي به صورت منبع حرارتي در معادلات انرژي لحاظ گرديد و تاثير آن بر نرخ تجمع يخ و دماي سطح مورد بررسي قرار گرفت. در شبيهسازي جريان، از مدل تغيير فاز مخلوط همراه با مدل آشفتگي كا-امگا اس اس تي استفاده شده و براي اعمال اثر حرارتي ناشي از محرك پلاسمايي توابع تعريف شده توسط كاربر پيادهسازي شدند. شبيهسازي در حالت دوبعدي و ناپايا انجام گرفت. نتايج نشان داد كه با افزايش سرعت سيال نرخ تجمع يخ نسبت به حالت پايه به ميزان 97 درصد كاهش و با افزايش رطوبت نسبي نرخ تجمع يخ به ميزان 85 درصد افزايش يافت؛ همچنين با افزايش دماي هواي مرطوب نرخ تجمع يخ به ميزان 67 درصد افزايش و با افزايش دماي سطح ايرفويل نرخ تجمع يخ به ميزان 16 درصد كاهش يافت. در حالت پايه و در غياب محرك پلاسمايي نرخ تجمع يخ داراي بيشترين مقدار و برابر با 3.46×10^(-2) گرم ميباشد. با فعالسازي محرك پلاسمايي، با افزايش شارحرارتي ناشي از محرك پلاسمايي دماي سطح افزايش يافته و به دماي بالاتر از نقطه انجماد ميرسد كه سبب يخزدايي از سطح پره ميشود. با فعال بودن محرك پلاسمايي از ابتداي شبيهسازي مقدار جرم يخ در شار حرارتي 28 وات بر متر مربع به صفر كاهش مييابد كه بيانگر جلوگيري كامل از تشكيل يخ است. اين نتايج نشاندهندهي كارايي بالاي محرك پلاسمايي در يخزدايي و جلوگيري از تشكيل يخ روي پرههاي توربين بادي در شرايط اقليمي سرد است.
چكيده انگليسي :
In this study, a numerical simulation of de-icing on wind turbine blades using a dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuator was performed. Initially, the phenomenon of ice formation on a NACA 0012 airfoil was investigated under baseline conditions, with a fixed set of parameters including inlet air temperature, air velocity, relative humidity, and airfoil surface temperature. To achieve a more detailed evaluation, three parameters were held constant while the effect of each remaining parameter on the ice accretion rate was analyzed and compared with the baseline case. The thermal effect of the plasma actuator was then incorporated into the energy equations as a heat source, and its influence on the ice accretion rate and surface temperature was examined. The mixture phase-change model, combined with the k–ω turbulence model, was used for the flow simulation, while user-defined functions (UDFs) were implemented to model the heat generation from the plasma actuator. The simulation was conducted in a two-dimensional, transient framework. Results indicated that increasing relative humidity and inlet air temperature, as well as decreasing air velocity and airfoil surface temperature, led to an increase in the rate of ice accumulation. Under the baseline condition and in the absence of the plasma actuator, the maximum ice accretion rate was found to be 3.46×10^(-2)grams. Upon activating the plasma actuator, the surface temperature increased due to the generated heat flux, reaching values above the freezing point and resulting in effective de-icing of the blade surface. When the plasma actuator was active from the start of the simulation, the total ice mass decreased to zero, indicating complete prevention of ice formation. These findings demonstrate the high efficiency of plasma actuators in de-icing and preventing ice formation on wind turbine blades under cold climatic conditions.