Višekriterijumske optimizacije aerodinamičkih i strukturnih parametara lopatica vetroturbina
Abstract
Optimalna upotreba čiste i obnovljive energije vetra predstavlja jednu od uvek aktuelnih tema u energetskom sektoru. Kako postoje razne mogućnosti pri odabiru tipa, dimenzija, geometrije, korišćenih materijala itd. vetroturbina, još uvek se dosta napora ulaže u fazi projektovanja ne bi li se obezbedila najveća moguća efikasnost proizvoda tokom njegovog radnog veka. Jedan od najčešćih pristupa pri projektovanju je vršenje optimizacionog postupka nad širokim skupom mogućih rešenja koji rezultuje optimalnim dizajnom u skladu sa definisanim polaznim kriterijumima. Nekoliko različitih višekriterijumskih spregnutih aerodinamičkih i strukturnih optimizacija, kako bez
tako i sa ograničenjima, predstavljeno je ovim radom. One su izvršene nad dva tipa vetroturbina, sa horizontalnom i vertikalnom osom obrtanja, koje se znatno razlikuju po veličini i prikladne su kako za velike tako i za male potrošače. Aerodinamičke performanse vetroturbina procenjene su kombinovanim modelom zasnovanim na teorij...i idealnog diska i elementa lopatice. Model je malo prepravljen za slučaj vetroturbina sa vertikalnom osom obrtanja i naziva se Dvostrukim-višestrujnim modelom. Iako je u pitanju jednostavan model, naročito u poređenju sa savremenim metodama proračunske mehanike fluida, pruža zadovoljavajuće rezultate pri stacionarnim režimima rada te je ovde nadograđen strukturnom MKE analizom i implementiran u višekriterijumsku optimizaciju rojem čestica. Izvršene analize su prostorne ili ravanske, dok je fluid smatran viskoznim i nestišljivim. Dostupni eksperimentalni rezultati opstrujavanja aeroprofila su korigovani i korišćeni u proračunima. Korišćeni aerodinamički model verifikovan je kroz poređenje numeričkih rezultata sa eksperimentalnim podacima sličnih vetroturbina. Prateće strukturne analize vršene su nad kompozitnim lopaticama vetroturbina koje trpe proračunata aerodinamička, gravitaciona i inercijalna opterećenja. Za nekoliko kombinacija ulaznih i izlaznih parametara različite višekriterijumske optimizacije su izvršene i upoređene i njihova primena je analizirana. Razmatrani ulazni parametri uključuju: prečnik vetroturbine, dužinu, tetivu i aeroprofil lopatice, debljinu kompozitne ljuske kao i raspored slaganja platana. Ciljne funkcije i ograničenja su: nominalna snaga, minimalna ili optimalna brzina vetra, masa lopatice, ugib na kraju lopatice, kriterijum loma lopatice ili njene sopstvene frekvencije. Pouzdanost i tačnost predstavljene metodologije može se povećati korišćenjem složenijih modela koje je moguće jednostavno implementirati u kod.
Keywords:
vetroturbine / višekriterijumska optimizacija rojem čestica / aerodinamika / kompozitiSource:
Energija, ekonomija, ekologija - Energetika 2016, 2016, XVIII, 3-4, 128-135Publisher:
- Beograd : Savez energetičara
Funding / projects:
- Research and Development of Advanced Design Approaches for High Performance Composite Rotor Blades (RS-MESTD-Technological Development (TD or TR)-35035)
Collections
Institution/Community
Mašinski fakultetTY - JOUR AU - Svorcan, Jelena AU - Posteljnik, Zorana AU - Fotev, Vasko AU - Peković, Ognjen AU - Stupar, Slobodan PY - 2016 UR - https://machinery.mas.bg.ac.rs/handle/123456789/4377 AB - Optimalna upotreba čiste i obnovljive energije vetra predstavlja jednu od uvek aktuelnih tema u energetskom sektoru. Kako postoje razne mogućnosti pri odabiru tipa, dimenzija, geometrije, korišćenih materijala itd. vetroturbina, još uvek se dosta napora ulaže u fazi projektovanja ne bi li se obezbedila najveća moguća efikasnost proizvoda tokom njegovog radnog veka. Jedan od najčešćih pristupa pri projektovanju je vršenje optimizacionog postupka nad širokim skupom mogućih rešenja koji rezultuje optimalnim dizajnom u skladu sa definisanim polaznim kriterijumima. Nekoliko različitih višekriterijumskih spregnutih aerodinamičkih i strukturnih optimizacija, kako bez tako i sa ograničenjima, predstavljeno je ovim radom. One su izvršene nad dva tipa vetroturbina, sa horizontalnom i vertikalnom osom obrtanja, koje se znatno razlikuju po veličini i prikladne su kako za velike tako i za male potrošače. Aerodinamičke performanse vetroturbina procenjene su kombinovanim modelom zasnovanim na teoriji idealnog diska i elementa lopatice. Model je malo prepravljen za slučaj vetroturbina sa vertikalnom osom obrtanja i naziva se Dvostrukim-višestrujnim modelom. Iako je u pitanju jednostavan model, naročito u poređenju sa savremenim metodama proračunske mehanike fluida, pruža zadovoljavajuće rezultate pri stacionarnim režimima rada te je ovde nadograđen strukturnom MKE analizom i implementiran u višekriterijumsku optimizaciju rojem čestica. Izvršene analize su prostorne ili ravanske, dok je fluid smatran viskoznim i nestišljivim. Dostupni eksperimentalni rezultati opstrujavanja aeroprofila su korigovani i korišćeni u proračunima. Korišćeni aerodinamički model verifikovan je kroz poređenje numeričkih rezultata sa eksperimentalnim podacima sličnih vetroturbina. Prateće strukturne analize vršene su nad kompozitnim lopaticama vetroturbina koje trpe proračunata aerodinamička, gravitaciona i inercijalna opterećenja. Za nekoliko kombinacija ulaznih i izlaznih parametara različite višekriterijumske optimizacije su izvršene i upoređene i njihova primena je analizirana. Razmatrani ulazni parametri uključuju: prečnik vetroturbine, dužinu, tetivu i aeroprofil lopatice, debljinu kompozitne ljuske kao i raspored slaganja platana. Ciljne funkcije i ograničenja su: nominalna snaga, minimalna ili optimalna brzina vetra, masa lopatice, ugib na kraju lopatice, kriterijum loma lopatice ili njene sopstvene frekvencije. Pouzdanost i tačnost predstavljene metodologije može se povećati korišćenjem složenijih modela koje je moguće jednostavno implementirati u kod. PB - Beograd : Savez energetičara T2 - Energija, ekonomija, ekologija - Energetika 2016 T1 - Višekriterijumske optimizacije aerodinamičkih i strukturnih parametara lopatica vetroturbina EP - 135 IS - 3-4 SP - 128 VL - XVIII UR - https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_machinery_4377 ER -
@article{ author = "Svorcan, Jelena and Posteljnik, Zorana and Fotev, Vasko and Peković, Ognjen and Stupar, Slobodan", year = "2016", abstract = "Optimalna upotreba čiste i obnovljive energije vetra predstavlja jednu od uvek aktuelnih tema u energetskom sektoru. Kako postoje razne mogućnosti pri odabiru tipa, dimenzija, geometrije, korišćenih materijala itd. vetroturbina, još uvek se dosta napora ulaže u fazi projektovanja ne bi li se obezbedila najveća moguća efikasnost proizvoda tokom njegovog radnog veka. Jedan od najčešćih pristupa pri projektovanju je vršenje optimizacionog postupka nad širokim skupom mogućih rešenja koji rezultuje optimalnim dizajnom u skladu sa definisanim polaznim kriterijumima. Nekoliko različitih višekriterijumskih spregnutih aerodinamičkih i strukturnih optimizacija, kako bez tako i sa ograničenjima, predstavljeno je ovim radom. One su izvršene nad dva tipa vetroturbina, sa horizontalnom i vertikalnom osom obrtanja, koje se znatno razlikuju po veličini i prikladne su kako za velike tako i za male potrošače. Aerodinamičke performanse vetroturbina procenjene su kombinovanim modelom zasnovanim na teoriji idealnog diska i elementa lopatice. Model je malo prepravljen za slučaj vetroturbina sa vertikalnom osom obrtanja i naziva se Dvostrukim-višestrujnim modelom. Iako je u pitanju jednostavan model, naročito u poređenju sa savremenim metodama proračunske mehanike fluida, pruža zadovoljavajuće rezultate pri stacionarnim režimima rada te je ovde nadograđen strukturnom MKE analizom i implementiran u višekriterijumsku optimizaciju rojem čestica. Izvršene analize su prostorne ili ravanske, dok je fluid smatran viskoznim i nestišljivim. Dostupni eksperimentalni rezultati opstrujavanja aeroprofila su korigovani i korišćeni u proračunima. Korišćeni aerodinamički model verifikovan je kroz poređenje numeričkih rezultata sa eksperimentalnim podacima sličnih vetroturbina. Prateće strukturne analize vršene su nad kompozitnim lopaticama vetroturbina koje trpe proračunata aerodinamička, gravitaciona i inercijalna opterećenja. Za nekoliko kombinacija ulaznih i izlaznih parametara različite višekriterijumske optimizacije su izvršene i upoređene i njihova primena je analizirana. Razmatrani ulazni parametri uključuju: prečnik vetroturbine, dužinu, tetivu i aeroprofil lopatice, debljinu kompozitne ljuske kao i raspored slaganja platana. Ciljne funkcije i ograničenja su: nominalna snaga, minimalna ili optimalna brzina vetra, masa lopatice, ugib na kraju lopatice, kriterijum loma lopatice ili njene sopstvene frekvencije. Pouzdanost i tačnost predstavljene metodologije može se povećati korišćenjem složenijih modela koje je moguće jednostavno implementirati u kod.", publisher = "Beograd : Savez energetičara", journal = "Energija, ekonomija, ekologija - Energetika 2016", title = "Višekriterijumske optimizacije aerodinamičkih i strukturnih parametara lopatica vetroturbina", pages = "135-128", number = "3-4", volume = "XVIII", url = "https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_machinery_4377" }
Svorcan, J., Posteljnik, Z., Fotev, V., Peković, O.,& Stupar, S.. (2016). Višekriterijumske optimizacije aerodinamičkih i strukturnih parametara lopatica vetroturbina. in Energija, ekonomija, ekologija - Energetika 2016 Beograd : Savez energetičara., XVIII(3-4), 128-135. https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_machinery_4377
Svorcan J, Posteljnik Z, Fotev V, Peković O, Stupar S. Višekriterijumske optimizacije aerodinamičkih i strukturnih parametara lopatica vetroturbina. in Energija, ekonomija, ekologija - Energetika 2016. 2016;XVIII(3-4):128-135. https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_machinery_4377 .
Svorcan, Jelena, Posteljnik, Zorana, Fotev, Vasko, Peković, Ognjen, Stupar, Slobodan, "Višekriterijumske optimizacije aerodinamičkih i strukturnih parametara lopatica vetroturbina" in Energija, ekonomija, ekologija - Energetika 2016, XVIII, no. 3-4 (2016):128-135, https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_machinery_4377 .