ผลกระทบของรูปทรงส่วนปลายใบแบบครึ่งทรงกระบอกต่อสมรรถนะ ของกังหันลมแบบแกนแนวตั้ง Effects of End Plates of Bucket on the Performance of Vertical Axis Wind Turbines

Main Article Content

ธนาพล สุขชนะ

Abstract

บทคัดย่อ


          การวิจัยเชิงทดลองครั้งนี้เพื่อศึกษาผลกระทบของรูปทรงส่วนปลายใบแบบครึ่งทรงกระบอกต่อสมรรถนะของกังหันลมและการทำนายประสิทธิภาพกังหันลมแบบแกนแนวตั้งที่มีรูปแบบการปิดส่วนของปลายใบแตกต่างกัน  ใบกังหันลมทำด้วยเหล็กหนา 1.2 mm อัตราส่วนความสูงต่อความกว้าง (h/b) เท่ากับ 2.0 ใบกังหันลมที่ใช้ในการทดลองมี 3 รูปแบบ คือ แบบปลายใบเปิด (Model 1) แบบปลายใบปิดตั้งฉาก (Model 2) และแบบปลายใบปิดเฉียง 45o (Model 3) โดยทำการทดลองหาสัมประสิทธิ์แรงต้านอากาศ (Cd) แล้วนำใบกังหันที่มีค่า Cd ต่ำสุด 2 รูปแบบมาประกอบเป็นกังหันลมชนิด 2 ใบ โดยมีระยะเกยของใบกังหันเท่ากับ 0.1d ทำการทดลองภายในอุโมงค์ลมด้วยความเร็วลมคงที่ระหว่าง 2.7 ถึง 9.2 m/s ผลการทดลองพบว่าลักษณะส่วนปลายของใบแบบปิดเฉียง 45º มีค่า Cd ต่ำสุดเท่ากับ 1.19 และมีค่าประสิทธิภาพพลังงานลม (vm/vw) เฉลี่ย 27% ด้วยอัตราส่วนของความเร็วเชิงมุมต่อความเร็วลม () เท่ากับ 0.8 นอกจากนี้สามารถทำนายประสิทธิภาพสูงสุดของกังหันลมด้วยความสัมพันธ์ของ ความเร็วลม ความเร็วเชิงมุม สัมประสิทธิ์แรงต้านอากาศ อัตราเร็วรอบ และประสิทธิภาพของใบกังหัน


คำสำคัญ: กังหันลม แกนแนวตั้ง ความเร็วลม แรงต้านอากาศ สมรรถนะ


Abstract


          This experimental research was conduct to study the effect of the bucket savonius rotors on the performance and predicting an efficiency of vertical axis wind turbines with different closing end of bucket. The bucket made from mild steel with 1.2 mm of thickness while the ratio of height to length (h/b) is 2.0. There are three types of bucket for used in the experimental. That the both ends open is Model 1, the both ends horizontal closed is Model 2 and the both ends 45o closed is Model 3. Drag coefficient (Cd) of bucket is the first tested. Then assembly to the savonius rotors with the smallest Cd value in two type of bucket, while the gap of bucket is 0.1d. Experiment within the wind tunnel with constant wind speed between 2.7 to 9.2 m/s. The results showed that the bucket both ends 45o closed had the smallest Cd value of 1.19. An average wind energy efficiency (vm/vw) was 27% in speed ratio () of 0.8. Moreover, it is also to predicting the maximum efficiency of a wind turbine by using the relationship of wind speed, angular speed, drag coefficient, shaft speed and the efficiency of turbine bucket.


 Keywords: wind turbine, vertical axis, wind velocity, drag force, performance

Article Details

Section
Articles

References

[1] Wirachai R. Development and demonstration of prototype wind turbine technology for power generation with low wind speed. Research report, Rajamangala University of Technology Thanyaburi. 2008. (in Thai)
[2] Pornthep S, Preecha K. Efficiency comparison of pan type model in the vertical axis wind turbines as lenz ii type in wind tunnel model using design of experimental, Proceedings of the 6th Ubon Ratchathani University Research Conference, 2012;326-335. (in Thai)
[3] Kasemsan M, Ariyawat P. Overall wind resource potential of thailand at 100 meters above ground - first results derived from a developed dual highresolution info-database system of wind resource, Thesis report of Joint Graduate School of Energy and Environment – JGSEE, KMUTT. (in Thai)
[4] Ben FB, Robert ES, Louis VF. Wind Tunnel Performance Data for Two- and Three-Bucket Savonius Rotors, National Technical Information Service. U. S. Department of Commerce. 1977.
[5] Knut OR, Jakob WH, Carl. JC. Calibration of partial safety factors for design of wind- turbine rotor blades against fatigue failure in flap wise bending, Proceedings of the 1996 European Union wind energy conference, Goteborg Sweden, 20-24 May 1996; 926-933.
[6] Burcin DA, Mehmet A. The use of a curtain design to increase the performance level of a Savonius wind rotors. Renewable Energy. 2010; 35: 821–829.
[7] Pope K, Rodrigues V, Doylea R, Tsopelas A, Gravelsins R, Naterer GF, Tsang E. Effects of stator vanes on power coefficients of a zephyr vertical axis wind turbine. Renewable Energy. 2010; 35: 1043-1051.
[8] Sareni B, Abdelli A, Roboam X, Tran DH. Model simplification and optimization of a passive wind turbine generator. Renewable Energy. 2009; 34: 2640–2650.
[9] Gerald M, Mark FJ, Euan S. Vertical axis resistance type wind turbines for use in buildings. Renewable Energy. 2009; 34: 1407–1412.
[10] Qasim AY, Usubamatov R, Zain ZM. Investagation and design impeller type vertical axis wind turbine. Aust. J. Basic & Appl. Sci. 2011; 5 (12): 121-126.
[11] Ramadan A, Yousef K, Said M, Mohamed MH. Shape optimization and experimental validation of a drag vertical axis wind turbine. Energy. 2018; 151: 839853.