Mô phỏng số 3 chiều về tương tác giữa các turbine trục đứng thẳng hàng trong 1 trang trại: Trường hợp Turbine điện thủy triều

Tóm tắt

Các turbine trục đứng là những thiết bị được dùng để chiết xuất năng lượng động học của dòng chảy thành điện năng. Trước đây loại turbine này ít được chú ý hơn so với turbine trục ngang trong các nghiên cứu. Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về loại turbine này áp dụng cho cả lĩnh vực điện gió và điện thủy triều do một số ưu điểm nổi trội so với turbine trục ngang. Việc hiểu biết về sự tương tác giữa các turbine trục đứng trong 1 trang trại còn nhiều khía cạnh cần được làm sáng tỏ, nhất là sự tương tác về trường rối và khả năng phục hồi trường vận tốc dòng chảy đằng sau mỗi turbine. Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu về sự tương tác giữa các turbine điện thủy triều trục đứng được bố trí thẳng hàng trong 1 trang trại. Các turbine được xây dựng dựa trên lý thuyết về Actuator Cylinder. Mô hình rối được sử dụng là k-ε Standard trong Ansys Fluent. Đầu tiên, việc kiểm chứng mô hình được thực hiện trên 1 turbine riêng lẻ dựa trên giá trị lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến tác dụng lên cánh của turbine trong nghiên cứu của tác giả Strickland. Tiếp theo, sự tương tác giữa 2 turbine bố trí thẳng hàng được xem xét. Khoảng cách giữa các turbine được lựa chọn lượt là 3D; 7,5D; 15D và 20D (với D là đường kính turbine). Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra việc tăng khoảng cách giữa các turbine dẫn tới việc phục hồi năng lượng của dòng chảy cho turbine ở phía hạ lưu nhanh hơn. Khả năng phục hồi vận tốc của dòng chảy đạt 42% so với ban đầu từ khoảng cách 7,5D. Ở khoảng cách 15D, giá trị này là 70%. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra khoảng cách 15D là giá trị hợp lý để phục hồi năng lượng của dòng chảy cho turbine ở phía hạ lưu. Các phát hiện này có ý nghĩa quan trọng để quyết định lựa chọn khoảng cách phù hợp giữa các turbine điện thủy triều trục đứng bố trí thẳng hàng trong 1 trang trại, nhằm đảm bảo hiệu suất cao nhất trong việc khai thác năng lượng của dòng chảy