الملخص
في ضوء الطلب العالمي المتزايد على الطاقة، تستكشف هذه الدراسة إمكانات توربينات الرياح الصغيرة الحجم لتوليد الطاقة محليًا أو منزليا. بالتركيز على زعانف التربينات الهوائية، والتي تعتبر المكونات الأساسية لشفرات توربينات الرياح، تبحث الدراسة الحالية في أداء تصميمين مختلفين وهما NREL S826و NACA 2412. لتحقيق ذلك، تم بناء نموذج عددي ثنائي الأبعاد لكل نوع من الزعانف الهوائية. استخدمت النماذج العددية مجالًا حسابيا من النوع C وتضمنت توليد شبكة حسابية مع استخدام تقنية التضخيم بالقرب من الحدود للحصول على تمثيل دقيق. تم أيضاً استخدام نموذج الاضطراب Spalart-Allmaras لتحليل الديناميكيات المعقدة لتدفق المائع حول الزعانف الهوائية ولضمان موثوقية النموذج العددي المطور تمت مقارنة النتائج ببيانات معملية معتمدة. يتضمن البحث الحالي فحصًا معمقًا لتوزيعات الضغط والسرعة حول الزعانف عند سرعات رياح مختلفة (5.5 م/ث، 7 م/ث، 8.3 م/ث، و 9.7 م/ث) وزوايا هجوم (0°، 2°، 4°، 6°، 8°، 10°، 12°، 14°، و 16°). أحد الجوانب المهمة لهذه الدراسة يتضمن مقارنة معامل الرفع وقوة الرفع التي تولدها كل زعنفة في ظل ظروف التشغيل المتنوعة التي تم أخذها في الاعتبار. كشفت النتائج أنه بالنسبة لزاويا الهجوم التي تتراوح من 12 درجة إلى 14 درجة، حققت كلا الزعنفتين أداء الرفع الأمثل. ومن المثير للاهتمام، أن الزعنفة الهوائية NREL S826 أظهرت أفضلية وبشكل طفيف ضمن هذا النطاق الأمثل. عند أعلى سرعة رياح (9.7 م/ث)، حققت الزعنفة NREL S826 أقصى معامل رفع يبلغ 4.9176 عند زاوية هجوم 14 درجة، متجاوزًا الحد الأقصى لـ NACA 2412 البالغ 3.6878 عند 12 درجة بنفس سرعة الرياح.
ABSTRACT
In light of the increasing global demand for energy, this study explores the potential of small scale (domestic) wind turbines for generating energy domestically. Focusing on airfoils, which are the main elements of wind turbine blades, the research examines the performance of two different designs: NREL S826 and NACA 2412. For this purpose, two-dimensional numerical model was created for each airfoil. The models utilised a C-type grid and incorporated mesh generation with boundary inflation for accurate representation. The Spalart–Allmaras turbulence model was employed to examine the intricate dynamics of flow surrounding the airfoils and to guarantee the precision of the developed numerical model, the outcomes were contrasted with verified experimental data. The current research involved an in-depth examination of pressure and velocity distributions over the airfoils at different wind speeds (5.5 m/s, 7 m/s, 8.3 m/s, and 9.7 m/s) and angles of attack (0°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°, 12°, 14°, and 16°). One of the critical aspects of this study encompasses comparing the lift coefficient and the lift force generated by each airfoil under the diverse operating conditions that were considered. The findings revealed that for the angle of attack ranging from12° to 14°, both airfoils achieved their optimal lift performance. Interestingly, the NREL S826 airfoil demonstrated a slight preference within this optimal range. At the highest wind speed (9.7 m/s), the NREL S826 achieved a maximum lift coefficient of 4.9176 at an angle of attack of 14°, exceeding the NACA 2412's maximum of 3.6878 at 12° at the same wind speed.
