A comprehensive investigation on Darrieus vertical axis wind turbine performance and self-starting capability improvement by implementing a novel semi-directional airfoil guide vane and rotor solidity

坚固性 翼型 转子(电动) 空气动力学 涡轮机 垂直轴风力涡轮机 涡轮机械 物理 风力发电 航空航天工程 海洋工程 机械工程 机械 工程类 计算机科学 电气工程 程序设计语言
作者
Seyed Reza Mirmotahari,Farzad Ghafoorian,Mehdi Mehrpooya,Sina Hosseini Rad,Morteza Taraghi,Mahdi Moghimi
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (6) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0208848
摘要

Darrieus vertical axis wind turbine is classified as a lift-based power generation turbomachine. However, it is burdened with the limitations of mid-range efficiency and requiring initial torque for startup. The quest to improve the turbine's performance has focused on enhancing its aerodynamic performance and self-starting ability. One of the most effective approaches is to flow control and injection toward the rotor blades. This computational fluid dynamics research study utilizes a novel geometry known as the “Semi-Directional Airfoil Guide Vane” (SDAGV) to inject airflow smoothly and effectively toward the rotor blades at the upstream section. The investigation found that using a two-passage SDAGV increased rotor efficiency by up to 55% at a tip speed ratio (TSR) of 2.5. The pressure distribution analysis showed that azimuth angles between 90° and 135° significantly impacted the rotor's self-starting ability. Additionally, studying the turbine solidity revealed that a five-bladed rotor with SDAGV had a higher self-starting capability and efficiency than a two-bladed rotor with SDAGV. This was because its power coefficient (Cp) was approximately 160% greater at TSR = 1.4. Due to blade-to-blade interaction, high-solidity turbines from TSR = 2 onwards face performance challenges, which means their efficiency drops in the low-TSR range.
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