Luận văn thạc sĩ về hiệu quả của tuabin gió hai tầng cánh độc lập trong kỹ thuật nhiệt tính toán khí động

• Tác giả: Lê Đăng Huy
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thế Bảo
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt
• Đề tài: Tính toán khí động và đánh giá hiệu quả của tuabin gió hai tầng cánh đồng trục quay độc lập
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1:1 Lý do chọn đề tài
• 1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.2. Nguồn gốc năng lượng gió
• 1.3. Tài nguyên gió tại Việt Nam và ứng dụng tại các khu vực khác nhau
• 1.4. Tình hình nghiên cứu trong trên thế giới và trong nước
• 1.4.1. Nghiên cứu ý tưởng và chế tạo
• 1.4.2. Nghiên cứu về lý thuyết tính toán
• 1.4.3. Nghiên cứu thực nghiệm; dùng TTS-DLHCL để tính toán
• 1.5. Mục đích nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 2. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT CHO TUABIN GIÓ 2 TẦNG CÁNH ĐỒNG TRỤC QUAY ĐỘC LẬP
• 2.1. Tuabin gió 2 tầng cánh đồng trục quay độc lập theo sáng chế mới
• 2.2. Lý thuyết tính toán tuabin gió cơ bản
• 2.2.1. Thuyết động lượng một chiều (động lượng tuyến tính)
• 2.2.2. Phương pháp động lượng phân tố cánh (PP-DLPTC)
• 2.3. Nghiên cứu tính toán khí động học tuabin gió 2 tầng cánh
• 2.3.1. Phương pháp đề xuất bởi nhóm nghiên cứu của Newman
• 2.3.2. Phương pháp đề xuất bởi nhóm nghiên cứu của Chantharasenawong
• 2.3.3. Phương pháp đề xuất bởi nhóm nghiên cứu của Sundararaju với tuabin 2 tầng cánh đường kính bằng nhau
• 2.3.4. Phương pháp đề xuất bởi nhóm nghiên cứu của F
• 2.3.5. Ứng dụng thuyết động lượng phân tố cánh để tính toán cơ bản cho tuabin 2 tầng cánh của chính tác giả
• 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 3.1. Thiết đặt mô hình thực nghiệm
• 3.2. Kết quả thực nghiệm
• 4. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TUABIN 2 TẦNG CÁNH THEO SÁNG CHẾ MỚI BẰNG TTS-DLHCL
• 4.1. Mô hình tính toán số
• 4.1.1. Phương trình bảo toàn khối lượng [38]
• 4.1.2. Phương trình bảo toàn động lượng [38]
• 4.1.3. Phương pháp lưới cắt (Sliding mesh)
• 4.1.4. Phương pháp đơn và nhiều khung tham chiếu (DKTC, NKTC)
• 4.1.5. Lý thuyết tính toán lực, moment trong Ansys Fluent [42]
• 4.2. Khảo sát khả năng ứng dụng NKTC-Rotor tĩnh để mô phỏng
• 4.3. Khảo sát khả năng ứng dụng NKTC “lưới cắt” để mô phỏng
• 4.4. Xây dựng mô hình mô phỏng chuẩn cho tuabin 2 tầng cánh
• 4.4.1. Bài toán độc lập lưới
• 4.4.2. Bài toán mô phỏng 2 tuabin tầng cánh
• 4.4.3. Kết quả mô phỏng về moment và công suất tuabin
• 4.4.4. Kết quả mô phỏng về hướng dòng gió và hệ quả
• 4.4.5. Kết quả và nhận xét về sự suy giảm tốc độ dọc trục
• 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Hướng phát triển đề tài
• PHỤ LỤC 1 : CODE MATLAB GIẢI THUẬT CHƯƠNG 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về tuabin gió hai tầng cánh độc lập

Nghiên cứu về tuabin gió hai tầng cánh độc lập đang trở thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt và tính toán khí động. Điều này xuất phát từ nhu cầu ngày càng tăng về việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo hiệu quả. Trong bối cảnh hiện tại, hiệu quả tuabin gió không chỉ phụ thuộc vào thiết kế mà còn vào các yếu tố môi trường như tốc độ và hướng gió. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tuabin gió hai tầng có thể tối ưu hóa việc thu năng lượng từ gió so với các loại tuabin gió truyền thống. Theo các tài liệu nghiên cứu, cánh tuabin hai tầng cho thấy khả năng hoạt động tốt hơn trong điều kiện gió thấp, đặc biệt ở tốc độ gió dưới 6m/s, khi mà công suất sinh ra có thể lớn hơn gấp 2,5 lần so với tuabin gió một tầng. Điều này mở ra cơ hội lớn cho việc áp dụng công nghệ tuabin gió trong các khu vực gió yếu như Việt Nam.

II. Tính toán khí động học cho tuabin gió

Phương pháp tính toán khí động cho tuabin gió hai tầng cánh độc lập được thực hiện thông qua nhiều mô hình lý thuyết khác nhau. Các mô hình này chủ yếu dựa trên lý thuyết động lượng và phương pháp động lượng phân tố cánh. Đặc biệt, nghiên cứu của Newman và Chantharasenawong đã cung cấp những phương pháp hữu ích để tính toán các tham số ảnh hưởng đến hiệu suất tuabin. Trong nghiên cứu này, các phương pháp mô phỏng như mô hình hóa khí động học (CFD) cũng được áp dụng để xác định các lực tác động lên cánh tuabin. Kết quả cho thấy rằng cánh độc lập có khả năng cải thiện đáng kể hiệu suất so với các loại cánh truyền thống. Sự biến đổi chu kỳ của lực tác động lên cánh là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình thiết kế, đặc biệt là với tầng cánh sau, nơi mà dao động lớn hơn tầng cánh trước có thể tạo ra tải trọng mỏi lớn.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả từ các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy tuabin gió hai tầng cánh có hiệu suất cao hơn trong các điều kiện gió thấp. Cụ thể, ở tốc độ gió dưới 6m/s, tuabin gió hai tầng có thể sản sinh ra công suất lớn hơn 2,5 lần so với tuabin gió một tầng. Điều này không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam. Mô hình TTS-DLHCL chuẩn được xây dựng có thể áp dụng cho nhiều cấu hình cánh khác nhau, cho phép linh hoạt trong thiết kế và ứng dụng. Những kết quả này khẳng định rằng công nghệ tuabin gió hai tầng cánh độc lập có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất năng lượng gió, đặc biệt là ở những khu vực có điều kiện khí hậu thuận lợi cho việc phát triển năng lượng gió.