Чисельне моделювання аеродинамічних процесів при обтіканні вітрогенератора з концентратором вітрового потоку
DOI:
https://doi.org/10.31548/Ключові слова:
математичне моделювання, аеродинаміка, вітрогенератор, концентратор вітрового потоку, швидкість, тиск, ефективністьАнотація
Розроблена математична модель і проведено чисельний розрахунок аеродинаміки при обтіканні вітрогенератора з вертикальною віссю обертання при використанні концентратора вітрового потоку. Розглянуто дві модифікації розміщення концентратора під різним кутом натікання зовнішнього вітрового потоку. При розробці математичної моделі турбулентних потоків використані рівняння Нав’є-Стокса і обрано модифіковану k-ε модель турбулентності. В результаті чисельних розрахунків при 2D постановці нестаціонарної задачі аеродинаміки отримано розподіли швидкостей і тисків в системі вітрогенератор-концентратор вітрового потоку. Знайдено, що квазістаціонарний режим обертання ротора наступає приблизно через 1 с від початку роботи турбіни. Показано, що наявність концентратора вітрового потоку підвищує локальні значення швидкостей повітря при натіканні на лопаті вітрогенератора порівняно зі швидкістю зовнішнього повітряного потоку. Отримано залежність частоти обертання ротора від часу для двох конфігурацій розміщення концентратора відносно напрямку зовнішнього вітрового потоку. В результаті проведених досліджень показано, що використання концентратора вітрового потоку дає можливість підвищити ефективність та збільшити продуктивність вітрогенератора з вертикальною віссю обертання.
Отримано: 23.02.2026. Доопрацьовано: 25.05.2026. Прийнято: 22.06.2026
Посилання
1. Carrigan, T.J., Dennis B.H., Han Z.X., Wang B.P. Aerodynamic shape optimization of a vertical-axis wind turbine using differential evolution. International Scholarly Research Network, ISRNRenewable Energy, 2012: Article ID 528418.
2. Ma N., Lei H, Han Z., Zhou D., Bao Y., Zhang K., Zhou L., Chen C. Airfoil optimization to improvepower performance of a high-solidity vertical axis wind turbine at a moderate tip speed ratio. Energy.2018. May 1;150:236-52.
3. Castelli M. R., Englaro A., Benini E. Numerical analysis of the influence of the blade helical angle on the performance of a Darrieus wind turbine. Energy. 2013. Vol. 59. P. 339–348.
4. Marten D., Lennie M., Pechlivanoglou G., Paschereit C.O., Bianchini A,, Ferrara G., et al. Benchmark of a novel aero-elastic simulation code for small scale vawt analysis. J. Eng. Gas Turbines Power. 2019;141:041014.
5. Pérez-Torró R., Kim J.W. A large-eddy simulation on a deep-stalled aerofoil with a wavy leading edge. J. Fluid Mech. 2017; 813:23–52.
6. Hansen J.T., Mahak M., Tzanakis I. Numerical modelling and optimization of vertical axis wind turbine pairs: A scale up approach. Renewable Energy. 2021. Vol. 171. P. 1371–1381.
7. Silva J. E., Danao L. A. M. Varying VAWT Cluster Configuration and the Effect on Individual Rotor and Overall Cluster Performance. Energies. 2021. Vol. 14(6). P. 1567.
8. Akwa J.V., Silva G.F., Petry A.P. Discussion on the verification of the overlap ratio influence on the performance of the Savonius wind rotor. Renewable Energy. 2021. Vol. 38. P. 141–149.
https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.07.013
9. Aranake A. C., Lakshminarayan V. K., Duraisamy K. Computational analysis of shrouded wind turbine configurations using a 3-dimensional RANS solver. Renewable Energy. 2015. Vol. 75. P. 818–832.
10. Xiao Y., Ye Z. , Wang Y., Li C., Yu H. Numerical investigation on the aerodynamic performance of vertical Avxis Wwind turbine with the half-airfoil wind collector. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2025. Vol. 18, No. 10. P. 2641-2658.
https://doi.org/10.47176/jafm.18.10.3352
11. Gorobets V., Aboltins A., Rucins A., Tkachenko M., Masiuk M., Trokhaniak V., Zhurylo D., Kuvachov V., Balian A. Parametric optimization of curvilinear confuser-type channel. Engineering for Rural Development. 2025. Vol. 24. P. 112–118.
12. Kim S.-E., Choudhury D., Patel B. Computations of Complex Turbulent Flows Using the Commercial Code Ansys Fluent. In Proceedings of the ICASE/LaRC/AFOSR Symposium on Modeling Complex Turbulent Flows. Hampton, Virginia1997.
13. Shih T.-H., Liou W. W., Shabbir A., Yang Z., Zhu J. A New - Eddy-Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows - Model Development and Validation. Computers Fluids. 1995. Vol. 24(3). P. 227–238.
14. Snyder D. O., Koutsavdis E. K., Anttonen J. S. R. "Transonic store separation using unstructured CFD with dynamic meshing". Technical Report AIAA-2003-3913. 33rd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit American Institute of Aeronautics and Astronautics. 2003.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Енергетика і автоматика
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Усі матеріали поширюються на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International Public License, що дозволяє іншим розповсюджувати рукопис із визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
