طراحی و ساخت یک توربین بادی بدون پره و بررسی تأثیر پارامترهای سازه‌ای بر رفتار ارتعاشی آن

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
کد مقاله : 1123-ISAV2024 (R1)
نویسندگان
1Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Kharazmi University, Tehran 15719-14911, Iran
2دانشیار دپارتمان مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران
3School of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, 38181-41167 Arak, Iran
چکیده
با توجه به رشد روزافزون جمعیت و نیاز به انرژی پایدار، استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی بادی به عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی مورد توجه قرار گرفته است. توربین‌های بادی بدون پره به دلیل ساختار ساده، هزینه‌های نگهداری کمتر و کاهش اثرات زیست‌محیطی، به عنوان یک فناوری نوین در تولید انرژی بادی مطرح هستند. در این مقاله، به طراحی، ساخت و آزمایش یک نمونه توربین بادی بدون پره با قابلیت تغییر پارامترهای ساختاری شامل ارتفاع، قطر میله و وزن پرداخته شده است. ابتدا مدل‌سازی دینامیکی این توربین با استفاده از معادلات حرکت یک پاندول معکوس انجام شد. سپس، آزمایشات تجربی در فواصل مختلف از منبع جریان هوا و با پارامترهای متغیر ارتفاع و قطر میله و اضافه‌کردن وزنه انجام گرفت تا تأثیر این عوامل بر فرکانس طبیعی و دامنه ارتعاشات توربین مورد بررسی قرار گیرد. نتایج نشان داد که با افزایش ارتفاع میله، فرکانس طبیعی کاهش یافته و رفتار دینامیکی سازه تغییر می‌کند. به‌طور مثال، برای میله‌ای با قطر 8 میلی‌متر، افزایش ارتفاع از 30 به 50 سانتی‌متر، منجر به کاهش 43.57 درصدی فرکانس طبیعی شد. همچنین اضافه کردن وزنه به سازه توربین، ناحیه قفل‌شدگی و دامنه ارتعاشات را تحت تأثیر قرار داد.
کلیدواژه ها
 
Title
Design and Fabrication of a Bladeless Wind Turbine: Analysis of Structural Parameter Effects on Vibrational Behavior
Authors
ahmad fakhrolhoseini, Mostafa Esmaeili, Amir Hossein Rabiee
Abstract
With the rapid population growth and increasing demand for sustainable energy, renewable resources like wind energy have gained attention as viable alternatives to fossil fuels. Bladeless wind turbines, due to their simplified structure, lower maintenance costs, and reduced environmental impact, represent a promising technology in wind energy production. This paper focuses on the design, construction, and testing of a bladeless wind turbine prototype with adjustable structural parameters, including height, rod diameter, and weight. First, the turbine's dynamic modeling was performed using the equations of motion for an inverted pendulum. Subsequently, experimental tests were conducted at varying distances from an airflow source and with variable height, rod diameter, and added weight to assess the influence of these factors on the turbine's natural frequency and vibration amplitude. The results indicated that an increase in rod height led to a decrease in natural frequency, altering the structure's dynamic behavior. For instance, for a rod with an 8 mm diameter, increasing the height from 30 cm to 50 cm resulted in a 43.57% reduction in natural frequency. Additionally, adding weight to the turbine structure influenced the lock-in region and vibration amplitude.
Keywords
Bladeless Wind Turbine, Experimental Study, Flow-Induced Vibrations, Frequency Matching