Comisia de atestare
Comisia de acreditare
Comisiile de experţi
Dispoziţii, instrucţiuni
Acte normative
Nomenclator
Instituţii
Consilii
Seminare
Teze
Conducători de doctorat
Deţinători de grad
Doctoranzi
Postdoctoranzi
CNAA logo

 română | русский | english


Optimizarea constructiv–funcțională a rotoarelor elicoidale cu ax vertical în vederea eficientizării conversiei energiei eoliene


Autor: Rabei Ivan
Gradul:doctor în tehnică
Specialitatea: 05.02.08 - Tehnologia construcţiei de maşini
Anul:2022
Conducător ştiinţific: Rodion Ciupercă
doctor, conferenţiar universitar
Instituţia: Universitatea Tehnică a Moldovei

Statut

Teza a fost susţinută pe 26 mai 2022 în CSS şi se află în examinare la CNAA

Autoreferat

Adobe PDF document1.32 Mb / în română

Teza

CZU 621.833.6

Adobe PDF document 10.64 Mb / în română
196 pagini


Cuvinte Cheie

turbină eoliană cu ax vertical, rotor eolian, pale elicoidale, pale drepte, profil aerodinamic, pale de tip-J, deschidere la bordul de fugă, raport de aspect, pale căuș, CFD, eficiență, economie circulară, pale din material plastic, HDPE

Adnotare

Structura tezei: lucrarea este formată din introducere, patru capitole, concluzii și recomandări, bibliografie din 152 de titluri și 15 anexe, 144 pagini de text de bază, 136 figuri și 17 tabele. În baza rezultatelor studiului au fost publicate în 8 articole științifice, dintre care 3 de unic autor, și 1 monografie. De asemenea, au fost obținute 2 brevete de invenție și depusă 1 cerere de brevet de invenție.

Scopul lucrării: Sporirea eficienței de conversie a rotoarelor elicoidale cu ax vertical prin optimizarea parametrilor geometrici.

Obiectivele cercetării: cercetarea profilurilor aerodinamice recomandate pentru palele turbinelor eoliene cu ax vertical; determinarea gradului de influență a unghiului elicoidal al palei asupra performanței aerodinamice a rotorului; cercetarea impactului palelor de tip J asupra eficienței de conversie a energiei eoliene; stabilirea raportului de aspect optim pentru rotorul eolian cu ax vertical; studiul CFD al efectelor aerodinamice dezvoltate la suprafața palelor; identificarea materialelor și soluțiilor de fabricație pentru palele rotorului eolian prin prisma principiilor economiei circulare; elaborarea algoritmului de proiectare a rotoarelor eoliene cu ax vertical.

Noutatea și originalitatea științifică rezidă în: argumentarea și confirmarea experimentală a potențialului palelor cu profiluri aerodinamice asimetrice, în particular, FX 63-137, precum și a palelor cu deschidere la bordul de fugă (tip J); identificarea interdependenței dintre unghiul elicoidal și profilul palei ales, care presupune că nu pentru toate profilurile forma elicoidală va contribui semnificativ la sporirea performanței rotorului eolian comparativ cu palele drepte; stabilirea raportului de aspect optim necesar la proiectarea rotorului eolian cu ax vertical; soluțiile tehnice brevetate; elaborarea algoritmului de proiectare a rotoarelor eoliene cu ax.

Rezultatul obținut care contribuie la soluționarea unei probleme științifice importante constă în fundamentarea științifică a parametrilor constructivi ai rotoarelor eoliene cu ax vertical, fapt ce a condus la elaborarea recomandărilor aplicative pentru practicienii din domeniul proiectării și fabricării turbinelor eoliene de putere mică în vederea asigurării eficienței de conversie sporite a energiei eoliene.

Semnificația teoretică: elaborarea modelului CAD și analiza CAE a rotoarelor cu ax vertical; analiza CFD a profilurilor aerodinamice; elaborarea algoritmului de proiectare a rotoarelor eoliene cu ax vertical.

Valoarea aplicativă: lucrarea vine cu recomandări practice necesare la etapa de proiectare constructivă a rotoarelor eoliene cu ax vertical, cu referință la utilizarea profilului asimetric FX 63-137 orientat cu curbura pe exterior și a palelor cu deschidere la bordul de fugă, privind sporirea randamentului de conversie a energiei eoliene. Pentru cazul alegerii palelor elicoidale este indicată identificarea unui profil aerodinamic care să valorifice această formă constructivă. Plasticul de tip HDPE poate fi considerat ca material de bază la fabricarea palelor rotoarelor eoliene cu ax vertical de putere mică.

Implementarea rezultatelor științifice: Rezultatele cercetărilor au fost utilizate în procesul de studii la ciclul II (masterat) ISCER la disciplina „Sisteme de conversie a energiei eoliene”. A fost elaborat un manual destinat studenților și un stand pentru lucrări de laborator, care permite cercetarea influenței mai multor parametri constructivi ai rotorului eolian cu ax vertical asupra randamentului turbinei, utilizând tunelul aerodinamic din Laboratorul de Aerodinamică.

Cuprins


1. ASPECTELE CONSTRUCTIVE ȘI TEHNOLOGICE ALE ROTOARELOR EOLIENE CU AX VERTICAL
  • 1.1. Clasificarea turbinelor eoliene
  • 1.2. Aspecte ale teoriei elementului de pală
  • 1.2.1. Profilul aerodinamic
  • 1.2.2. Influența unghiului de atac asupra performanței profilului aerodinamic
  • 1.2.3. Numărul Reynolds
  • 1.3. Elemente de aerodinamică a rotoarelor cu ax vertical
  • 1.4. Puterea și coeficientul de putere
  • 1.5. Parametrii rotorului eolian 1
  • 1.5.1. Aria baleiată
  • 1.5.2. Soliditatea
  • 1.5.3. Rapiditatea
  • 1.6. Maximizarea performanțelor TEAV
  • 1.6.1. Raportul de aspect al rotorului
  • 1.6.2. Unghiul de înclinație al palei
  • 1.6.3. Efectele aerodinamice la capetele palelor
  • 1.7. Motivarea alegerii profilului aerodinamic
  • 1.8. Numărul de pale
  • 1.9. Barele de suport ale palelor
  • 1.10. Capacitatea de demarare a TEAV
  • 1.11. Rotoare eoliene cu pale elicoidale
  • 1.12. Tehnologii de fabricare a palelor rotoarelor eoliene cu ax vertical
  • 1.12.1. Cerințele față de materialele palelor
  • 1.12.2. Materialele palelor
  • 1.12.3. Tehnologii utilizate la producerea palelor
  • 1.12.4. Fabricarea palelor din material compozit
  • 1.13. Concluzii
  • 1.14. Scopul și obiectivele tezei

2. OPTIMIZAREA CONSTRUCTIVĂ A ROTOARELOR CU AX VERTICAL
  • 2.1. Materiale și metode
  • 2.2. Criteriile de comparație ale turbinelor eoliene cu ax vertical
  • 2.3. Pale cu profil aerodinamic asimetric curbură interior și exterior
  • 2.4. Pale cu profil aerodinamic simetric și asimetric
  • 2.5. Influența unghiului elicoidal al palelor asupra performanței TEAV
  • 2.6. Pale cu profil aerodinamic simetric NACA 0018 deschise la bordul de fugă
  • 2.6.1. Rotoare cu pale drepte profil simetric închis și cu deschidere la bordul de fugă
  • 2.6.2. Rotoare cu pale elicoidale profil simetric închis și deschis la bordul de fugă
  • 2.6.3. Rotoare cu pale drepte și elicoidale profil simetric închis și deschis
  • 2.7. Pale cu profil aerodinamic asimetric FX 63-137 deschis la bordul de fugă
  • 2.7.1. Rotoare cu pale drepte profil asimetric închis și cu deschidere la bordul de fugă
  • 2.7.2. Rotoare cu pale elicoidale profil asimetric închis și deschis la bordul de fugă
  • 2.7.3. Rotoare cu pale drepte și elicoidale profil asimetric închis și deschis
  • 2.8. Rotoarele H și elicoidale pale profil simetric, asimetric, închise și cu deschidere
  • 2.9. Influența raportului de aspect
  • 2.9.1. Rotoare cu lungimea corzii constantă
  • 2.9.2. Rotoare cu valoarea solidității constantă
  • 2.10. Influența unghiului de înclinație fix asupra performanței
  • 2.11. Rotoare cu pale căuș
  • 2.12. Studiul segmentelor de pală în tunelul de vânt
  • 2.13. Studiul CFD al stratului limită dezvoltat pe pală
  • 2.14. Concluzii și constatări
3. ASPECTE DE FABRICAȚIE A PALELOR ROTOARELOR CU AX VERTICAL
  • 3.1. Principiile privind dezvoltarea rotoarelor cu ax vertical
  • 3.2. Posibilități de realizare a palelor elicoidale
  • 3.2.1. Tehnologiile aditive și materialul compozit
  • 3.2.2. Reciclarea materialelor compozite
  • 3.3. Soluții alternative de materiale și procedee de fabricație a palelor
  • 3.3.1. Proprietățile lemnului și principii de utilizare
  • 3.3.2. Posibilități tehnologice de fabricare a palelor din lemn
  • 3.3.3. Tipurile și proprietățile materialului plastic
  • 3.3.4. Posibilități tehnologice de realizare a pieselor din plastic la scară mică
  • 3.4. Fabricarea palelor din plastic reciclat
  • 3.4.1. Realizarea matriței
  • 3.4.2. Procesul de fabricare a segmentului de pală din material plastic reciclat
  • 3.4.3. Structura de rezistență
  • 3.4.4. Perspectiva soluției și posibilități de optimizare
  • 3.5. Concluzii și constatări

4. CONSIDERAȚII PRIVIND DEZVOLTAREA TEAV LA SCARĂ REALĂ
  • 4.1. Algoritmul de proiectare a rotorului cu ax vertical
  • 4.2. Modelul CAD și criterii tehnologice de execuție a turbinei
  • 4.3. CAE - Calculul de rezistență al rotorului
  • 4.4. Considerente de fabricație și economice
  • 4.5. Concluzii

5. CONCLUZII ȘI RECOMANDĂRI
BIBLIOGRAFIE
ANEXE
Declarație privind asumarea răspunderii
Curriculum Vitae