Influence of site, turbine height and wind direction on the performance of vertical-axis wind turbines on model buildings
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2833646Utgivelsesdato
2021Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Vindturbiner som opererer i det bygde miljøet er utsatt for lavere gjennomsnittshastigheter og høyereturbulente svingninger enn i åpent terreng. Likevel er det regioner rundt bygninger der strømmen blirakselerert og hvor det kan være gunstig å plassere en vindturbin. I dette arbeidet er en Savonius vindturbin plassert i et modellert bymiljø bestående av et kunstig gulv og to veggmonterte kuber med avstandpå to kubehøyder, 2H. En parametrisk studie utføres for å bestemme idealposisjonen for å høste energiuavhengig av vindretningen. Dette gjøres ved å undersøke hvilken innvirkning ulike tilførselsvinkler harpå effekten når to turbiner som er forhøyet forskjellig, er plassert i tre posisjoner på taket. Effektenberegnes ved å innhente data på estimert mekanisk dreiemoment og rotasjonshastighet. Det oppnåsfull effektkurver for fem innstrømningsvinkler, og enkeltoperasjonsmålinger utføres for finere diskretisering med tretten innstrømningsvinkler. Basert på gjennomsnittseffekten som er anskaffet over en fullrotasjon, er det vist at midten på taket er det ideelle stedet å plassere den høyeste forhøyede turbinensom er undersøkt, og som spenner over 1.16 ≤ z/H ≤ 1.48, hvor z er høyden målt fra kunstgulvet.Gjennomsnittlig effektutbytte er omtrent 20% høyere enn effekten i en "ren strøm" uten kubene i denneposisjonen. Effekten er vist å være sensitiv til turbinhøyder, og den nedre monterte turbinen er mindreeffektiv. Det observeres videre at nabokuben har en betydelig innvirkning på effekten som ekstraheresav turbinen på taket. Wind turbines operating in the built environment are exposed to lower mean velocities and higher turbulent fluctuations than in open terrain. Still, there are regions around buildings where the flow isaccelerated and where siting a wind turbine can be favourable. In this work, a wind turbine of theSavonius type is placed in a modeled urban environment consisting of an artificial floor and two wall-mounted cubes with a spacing of two cube heights, 2H. A parametric study is carried out to determinethe ideal position to harvest energy independent of the wind direction. This is done by investigating theimpact various inflow angles has on the power when two turbines that are elevated differently are sitedin three positions. The power is calculated by acquiring data on the estimated mechanical torque andthe rotational velocity. Full power curves are acquired for five inflow angles and single operation pointmeasurements are conducted for the finer discretization with thirteen inflow angles. Based on the averagepower acquired over a full rotation, it is shown that the central position on the roof is the ideal locationto site the highest elevated turbine examined, spanning 1.16 ≤ z/H ≤ 1.48, where z is the height fromthe artificial floor. The average power yield is about 20% higher than the power in a clean flow withoutthe cubes at this position. The power is shown sensitive to turbine elevations, and the lower mountedturbine is less efficient. It is further observed that the neighbouring cube has a substantial effect on thepower extracted by the wind turbines.