การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล
วศ.ม. (เทคโนโลยีพลังงาน), 2565
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | Thai |
| Published: |
มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/17865 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | Thai |
| id |
th-psu.2016-17865 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
Thai |
| topic |
พลังงานลม กังหันลมแนวตั้ง พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวน วัสดุกังหันลม |
| spellingShingle |
พลังงานลม กังหันลมแนวตั้ง พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวน วัสดุกังหันลม ธนพัฒน์ อัครชัยพันธุ์ การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล |
| description |
วศ.ม. (เทคโนโลยีพลังงาน), 2565 |
| author2 |
ยุทธนา ฏิระวณิชย์กุล |
| author_facet |
ยุทธนา ฏิระวณิชย์กุล ธนพัฒน์ อัครชัยพันธุ์ |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
ธนพัฒน์ อัครชัยพันธุ์ |
| author_sort |
ธนพัฒน์ อัครชัยพันธุ์ |
| title |
การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล |
| title_short |
การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล |
| title_full |
การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล |
| title_fullStr |
การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล |
| title_full_unstemmed |
การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล |
| title_sort |
การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล |
| publisher |
มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/17865 |
| _version_ |
1762854916512022528 |
| spelling |
th-psu.2016-178652023-02-27T08:42:14Z การออกแบบและทดสอบใบกังหันลมแกนตั้งความเร็วลมต่ำ โดยการจำลองพลศาสตร์ของไหล Design and Testing of Vertical Wind Turbine Blade for Low Wind Speed Using Computational Fluid Dynamic (CFD) Model ธนพัฒน์ อัครชัยพันธุ์ ยุทธนา ฏิระวณิชย์กุล คณะวิศวกรรมศาสตร์ สาขาวิชาเทคโนโลยีพลังงาน Faculty of Engineering (Energy Technology) พลังงานลม กังหันลมแนวตั้ง พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวน วัสดุกังหันลม วศ.ม. (เทคโนโลยีพลังงาน), 2565 Wind energy is one form of renewable energy, the most commonly known method to havest wind energy is using wind turbine by conversion of kinetic energy from wind to mechanical energy and finally to electrical energy with power generator. Normally, the wind turbine can be classifed into two types which are composed of the vertical-axis wind turbine (VAWT) and horizontal-axis wind turbine (HAWT). Each wind turbine type was evaluated and set up depending on weather condition, area site and energy demand. Due to mentioned conditions, design of wind turbine. Due to mentioned conditions, design of wind turbine is one major point that relatively affect to power efficiency of the turbine. Therefore, the main objectibes of this thesis are to study on effect of the various VAWT wind turbine structures on their efficiency and to reach the objectives, the design of wind turbines are simulated by the computational fluid dynamic (CFD). Finally, the validation of the simulated VAWT and the actual VAWT are comparative studied in terms of the wind speed, rotational speed, torque and power. At the beginning part of this work, the simulation work of the VAWT using the CFD program (called ANSYS® Fluent) was carried on. On this purpose, the simulation on simple wind turbine blade airfoil was run on 2D-simulation and the result showing in contour line of the wind speed was changed when it contacted with airfoil. And this simulated result was used for approval of wind blade structure to 3D-simulation. And the 3D wind turbine structures were carried on in various types many models. Finally, the wind turbine structures model 7 and 8 are the suitable types which were chosen for study in the deep detail. The study of the simulated wind turbine model 7 and 8 were comparatively presented with the same weather conditions and fixed wind speed of 5 m/s. However, due to limitation of the wind tunnel size the wind turbine model 8.1 and 8.2 were constructed in different size. The results shows that wind turbine model 7 has a highest rotational speed and highest power coefficient. Moreover, the wind turbine model 8.1 and 8.2 attach airfoil and curve blade on wind turbine model 8 can be reduced the lower cut-in speed while the increase of weight and wind contact area causes the wind turbine to reverse rotate in a long term operation. Finally, the effect of different wind turbine materials on efficiency of wind turbine model 7 was carried on. By adding a spindle pole in the wind turbine model 7 for good vertical installation, the materials use in study are acrylic and stainless steel was selected to build the wind turbine structures and the results show that at the wind speed of 4, 5, and 6 m/s of the acrylic wind turbine had high power coefficient and rotational speed compared to the stainless wind turbine. The comparison between simulation and experimental show the percentage of difference are 10-30% which can be improved. ทุนสนับสนุนการดำเนินงานวิจัย บัณฑิตวิทยาลัยสหวิทยาการระบบพลังงาน (IGS) ของสถาบันวิจัยระบบพลังงาน มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ พลังงานลมเป็นพลังงานทดแทนที่สำคัญอย่างหนึ่งในปัจจุบัน การนำพลังงานลมมาใช้นั้นโดยส่วนมากแล้วก็จะใช้กังหันลม ซึ่งทำงานโดยการเปลี่ยนพลังงานจลน์จากลมเพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานกลแล้วนำพลังงานกลนั้นไปเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า กังหันลมสามารถแยกเป็นประเภทได้ 2 ประเภทหลักๆ คือ กังหันลมแนวตั้ง (Vertical-axis wind turbine, VWAT) และกังหันลมแนวนอน (Horizontal-axis wind turbine, HAWT) ซึ่งประเภทของกังหันลมนี้ จะถูกเลือกใช้ตามสภาวะที่ต่างกันของสภาพอากาศแวดล้อม ตำแหน่งที่ตั้ง และ ความต้องการในการใช้พลังงาน โดยการออกแบบกังหันลมก็เป็นปัจจัยสำคัญในการทำให้กังหันลมมีประสิทธิภาพ งานวิจัยชิ้นนี้ได้ทำการศึกษาและออกแบบกังหันลมแนวตั้ง โดยการศึกษาและออกแบบด้วยการใช้ พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวน (Computational Fluid Dynamic, CFD) วิเคราะห์จำลองการไหลของอากาศโดยการคำนวณออกแบบประมวลผลและหาผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น โดยงานวิจัยจะเป็นส่วนที่ศึกษาโมเดลกังหันลมแกนตั้งที่ออกแบบไว้ด้วยการกำหนดเงื่อนไขสภาวะอากาศต่างๆ รูปแบบของกังหัน และเปรียบเทียบระหว่างผลการจำลองทางศณิตศาสตร์ และผลจากการทำงานของโมเดลกังหันลมแกนตั้งที่ออกแบบจริง ได้แก่ ค่าความเร็วลม ความเร็วรอบ ทอร์ค ค่ากำลัง รวมไปถึงประสิทธิภาพ การศึกษาในส่วนแรกเป็นการศึกษาการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ด้วยโปรแกรม ANSYS® Fluent ซึ่งเป็นโปรแกรมสำหรับการศึกษาของไหล เบื้องต้นได้ทำการศึกษาและออกแบบแกนใบ Airfoil อย่างง่ายและใช้โปรแกรม ด้วยรูปแบบ 2D-simulation โดยจะแสดงผลให้เห็นอย่างง่ายด้วยแผนภาพ Contour ถึงความเร็วลมที่เปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนที่ปะทะแกนใบ Airfoil ซึ่งต่อมาก็นำความรู้ที่ศึกษาจากรูปแบบ 2D มาปรับใช้ในรูปแบบ 3D-simulation โดยได้ทำการออกแบบโมเดลกังหันลมหลายโมเดล และเลือกใช้โมเดลกังหันลมที่ 7 และ 8 มาเป็นกรณีศึกษาเพราะมีความเหมาะสมที่สุด การศึกษาโมเดลกังหันลมที่ 7 และ 8 จะใช้การ Simulation ที่มีเงื่อนไขของสภาพแวดล้อมเหมือนที่กันด้วยขนาดของอุโมงค์ลมที่เท่ากัน โมเดลกังหันลมที่ 8.1 และ 8.2 จะใช้พื้นที่ในการ Simulation ที่มากกว่าโมเดลที่ 7 และ 8 เนื่องด้วยขนาดของโมเดลกังหันลมที่ใหญ่กว่า โดยในการ Simulation จะใช่ค่าความเร็วลมเท่ากันทั้ง 4 โมเดล ที่ความเร็วลม 5 m/s โดยผลลัพธ์ของการ Simulation แสดงให้เห็นว่าค่าความเร็วรอบของโมเดลที่ 7 จะมีค่ามากกว่า โมเดลที่ 8 และ 8.1 กับ 8.2 ในส่วนของค่าสัมประสิทธ์กำลัง โมเดลที่ 7 จะมีค่าสูงที่สุด ผลลัพธ์ของโมเดลที่ 8.1 และ 8.2 สามารถสรุปได้ว่า การเพิ่มส่วนเสริมเพื่อเพิ่มความสามารถในการออกตัวให้ดีขึ้นสำหรับโมเดลกังหันลมที่ 8 นั้นใช้ได้ผล แต่ทว่าการเพิ่มส่วนเสริมก็มีข้อเสีย เนื่องด้วยน้ำหนักที่มากขึ้นและพื้นที่รับลมที่กว้างขึ้น ทำให้เมื่อทำงานไปได้ซักพักจะเกิดปัญหาขึ้น โดยจะเกิดการหมุนตีกลับของตัวใบกังหันลม การศึกษาเรื่องวัสดุที่มีผลต่อกังหันลม จะใช้โมเดลที่ 7 มาศึกษา โดยจะใส่แกนเข้าไปในตัวโมเดลกังหันลมจากเหตุผลในการสร้างทางวิศวกรรมและการติดตั้ง โดยวัสดุที่จะใช้ศึกษาคือ อะคริลิค และ แสตนเลส โดยทำการศึกษาด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ จากนั้นก็จะทำการสร้างเป็นโมเดลกังหันลมขนาดเล็กมาทดสอบในอุโมงค์ลมเพื่อทดสอบพารามิเตอร์ต่างๆ และเปรียบเทียบกับการจำลองทางศณิตศาสตร์ ที่ความเร็วลม 4 5 และ 6 m/s ผลลัพธ์จากทั้งการจำลองทางศณิตศาสตร์ และโมเดลกังหันลมจำลอง พบว่า วัสดุอะคริลิคให้ค่าสัมประสิทธกำลัง และ ค่าความเร็วรอบที่ดีกว่าแสตนเลส และจากการเปรียบเทียบข้อมูลจากการจำลองทางศณิตศาตร์ และโมเดลกังหันลมจำลองแล้ว จะพบว่าเปอร์เซ็นต์ค่าความแตกต่างจะของพารามิเตอร์ต่างๆอยู่ในช่วง 10-30 % จึงต้องพัฒนาต่อไป 2023-02-27T08:42:14Z 2023-02-27T08:42:14Z 2022 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/17865 th Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ |