فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

تحلیل تولید انتروپی لزج در ایرفویل‌های توربین بادی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسنده
استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
10.48301/kssa.2026.541819.3284
چکیده
انرژی باد یکی از مهم‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر است که کشور ما نیز در آن پتانسیل بالایی دارد. تحلیل قانون دوم ترمودینامیک به‌عنوان ابزاری کارآمد برای ارزیابی و بهبود عملکرد سامانه‌های انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در پژوهش حاضر، تولید انتروپی لزج در جریان هوای اطراف ایرفویلهای مورد استفاده در پره توربین بادی به‌صورت عددی و با بهره‌گیری از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شد. شبیه‌سازی جریان حول این مقاطع در عدد رینولدز 106 و زوایای حمله 0 تا 20 درجه انجام گرفت. برای هر ایرفویل توزیع محلی نرخ تولید انتروپی ارائه شد و تأثیر پدیده‌هایی نظیر جدایش جریان بر تولید انتروپی با دقت بررسی شد. نتایج نشان داد جدایش جریان و افزایش ضخامت لایه برشی در ناحیه پسای ایرفویل‌ها منجر به افزایش چشمگیر تولید انتروپی شد. به ‌عنوان نمونه، در زاویه حمله ۲۰ درجه با بزرگ‌تر شدن حباب جدایش، لایه برشی ضخیم‌تری در دم ایرفویل تشکیل گرفت که افزایش قابل توجهی در تولید انتروپی لزج ایجاد نمود. علاوه بر این، همبستگی نزدیکی بین انتروپی تولید‌شده و ضریب پسا مشاهده گردید؛ به طوری که تغییرات انتروپی تولیدی با زاویه حمله رفتار نمایی مشابه تغییرات پسا داشت. بر همین اساس، بازده قانون دوم جریان حول هر ایرفویل محاسبه شد و روند تغییرات آن با زاویه حمله گزارش گردید. نتایج نشان می‌دهد بازده برای هر سه مقطع در زاویه حمله متوسط بیشینه بود و با افزایش یا کاهش زاویه از این مقدار افت نمود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Viscous Entropy Generation Analysis in Wind Turbine Airfoils Using Computational Fluid Dynamics

نویسنده English

Amir Reza Mamouri
Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
چکیده English

The second law of thermodynamics analysis is a powerful tool for evaluating and improving the efficiency of energy systems. In this study, viscous entropy generation in the airflow around airfoils used in wind turbine blades was investigated using computational fluid dynamics (CFD). The flow around these sections was simulated at a given Reynolds number and angles of attack ranging from 0° to 20°. For each airfoil, the local distribution of the entropy generation rate was presented, and the effects of phenomena such as flow separation on entropy generation were carefully examined. The results show that flow separation and the increase in shear layer thickness in the wake region of the airfoils significantly enhance entropy generation. For example, with the increase in angle of attack and the growth of the separation bubble at 20°, a much thicker shear layer forms at the trailing edge of the airfoil, leading to a considerable increase in viscous entropy generation. In addition, a close correlation was observed between generated entropy and the drag coefficient, such that the variation of entropy generation with angle of attack exhibits an exponential behavior similar to that of drag. Based on this, the second law efficiency of the flow around each airfoil was calculated, and its variation with angle of attack was reported.

کلیدواژه‌ها English

Wind turbine
entropy generation rate
second law efficiency
numerical analysis
turbulence

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 18 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 01 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 27 اردیبهشت 1405