PROGRAMMA PRIN 2022 - Bأندو PRIN2022 D.D. N.104 DEL 2 فبراير 2022
TITOLO DEL PROGETTO: توربينات الرياح المعززة بناشرات للبيئات الحضرية (DWTURB) للبيئات الحضرية (DWTURB)
رمز CUP: D53D23003300006
الميزانية: € 129.385
رقم ضريبة القيمة المضافة: Prof.ssa Stefania Cherubini
وحدات بحث أخرى أو وحدات فرعية محتملة: جامعة نابولي فيديريكو الثاني
وصف المشروع
هدف مشروع DWTURB إلى تطوير نمذجة عددية دقيقة لتوربينات الرياح المعززة بناشرات (DAWTs)، وهي تتألف من دوّار توربين رياح مركّب داخل جناح حلقي. وتكمن فائدة هذه التوربينات في إمكانية استخراج طاقة أكبر من الرياح مقارنةً بتوربين رياح مفتوح (OWT) له المساحة الأمامية نفسها، وذلك بفضل تدفق الكتلة الإضافي الذي يستطيع توربين DAWT استيعابه نتيجة التآزر الفعّال بين القناة والدوّار. ويتيح ذلك إنتاجًا كبيرًا للطاقة حتى عند سرعات الرياح المنخفضة لبدء التشغيل، كما يحدّ من الضوضاء. ويُحلَّل أداء توربينات DAWT عمومًا باستخدام أساليب نظرية أو عددية تمثّل الدوّار على أنه قرص مشغّل (AD)، ما يجعل عمليات المحاكاة منخفضة التكلفة الحسابية، لكنها لا تأخذ في الحسبان وجود عدد محدود من الشفرات أو انفصال الطبقة الحدية الذي قد يحدث في منطقة الناشر.
هدف المشروع
هدف المشروع الحالي إلى إجراء عمليات محاكاة لمعادلات نافير–ستوكس المتوسطة وفق رينولدز (RANS) ومحاكاة الدوامات الكبيرة (LES)، لضمان نمذجة دقيقة وتقدير أداء هذه التوربينات.
النتائج المتوقعة
تجاوز النشاط مجرد اختيار إعداد لتوربين DAWT سبق اعتماده، وكان من المتوقع أن يتطور إلى تصميم ديناميكي هوائي منظّم يتخطى النهج التقليدي غير المترابط الشائع في الأدبيات، حيث يُصمَّم الدوّار والناشر كلٌّ على حدة. وانطلاقًا من هندسة مرجعية، كان من المتوقع تطوير استراتيجية تصميم منهجية قائمة على ديناميكا الموائع الحسابية (CFD)، لدراسة التفاعل المترابط بين الدوّار والناشر وتحديد المعلمات الهندسية والتشغيلية الرئيسية التي تتحكم في تعزيز استخراج الطاقة.
النتائج المحققة
أُجريت بعد ذلك محاكاة ثلاثية الأبعاد باستخدام معادلات رينولدز المتوسطة نافير–ستوكس (RANS)، بهدف تقديم فهم تفصيلي لمجال الجريان وتوزيع الضغط وآليات التفاعل بين الدوّار والقناة. وأُولي اهتمام خاص لضمان متانة الإطار العددي، وعُزّز ذلك بأنشطة تحقق أُجريت على تهيئة إضافية لتوربين رياح تتوفر عنها بيانات تجريبية. ثم أُجريت محاكاة الدوامات الكبيرة (LES) لمقارنة الأداء الديناميكي الهوائي وخصائص الجريان للتوربين ذي القناة المدروس بتوربين رياح تقليدي مفتوح. وقُيّمت آثار التشغيل على الأداء الناتجة عن تتبّع نقطة القدرة القصوى عند الحمل الجزئي، وكذلك أثر التغييرات الهندسية للناشر، ولا سيما في المقطع المتباعد الواقع بعد الدوّار، على ديناميكيات الأثر وقدرة الخرج. وكما تُظهر المحاكاة، تبيّن أن استخدام ناشر يعزّز الجريان الذي يسحبه الدوّار، وقد تبيّن بدوره أن ذلك يؤدي إلى زيادة توليد القدرة مقارنةً بالتهيئة المفتوحة. وبهدف تطوير نماذج مختزلة الرتبة (ROM) دقيقة ديناميكيًا لهذا الجريان المعقد، استُخدمت بعد ذلك مجالات الجريان المستحصلة من محاكاة الدوامات الكبيرة بوصفها قاعدة بيانات للتحليلات النمطية. وطُبّق تحليل الأنماط الديناميكية (DMD) على مجالات الجريان ثلاثية الأبعاد هذه، ما أتاح إعادة بناء الجريان بكلفة منخفضة، بما يمكّن من تقدير أداء توربينات الرياح وأثرها في البيئة بدقة مقبولة وكلفة حسابية منخفضة. كما خُصصت جهود إضافية لتطوير أدوات نمذجة فعّالة حسابيًا، قادرة على الإبقاء على الفيزياء الأساسية للتفاعل بين الدوّار والناشر. ويدمج الإطار المقترح بصورة متسقة التحميل الديناميكي الهوائي المحلي والاستجابة الشاملة للجريان ضمن إعداد حسابي مختزل، مع الحفاظ على آليات التفاعل الرئيسية المسؤولة عن تحسين الأداء. وقد أتاح هذا النهج تطوير أداة تنبؤية فعّالة ومستندة إلى أسس فيزيائية لتحليل أداء توربينات الرياح ذات الناشر (DAWT)، بما يتوافق مع الهدف العام المتمثل في توفير منهجيات موثوقة للتصميم والتحسين مع خفض كبير في الكلفة الحسابية.
