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CFD Analysis of the Characteristics of a Shrouded Turbine

CFD Analysis of the Characteristics of a Shrouded Turbine
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Maximilian Ludwig Ganis
  • Abgabedatum: Juni 2003
  • Umfang: 85 Seiten
  • Dateigröße: 1,9 MB
  • Note: 1,5
  • Institution / Hochschule: Università degli Studi di Udine Italien
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-7044-9
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-7044-9 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-7044-9 CD
  • Sprache: Englisch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: Ganis, Maximilian Ludwig Juni 2003: CFD Analysis of the Characteristics of a Shrouded Turbine, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Windenergie, Erneuerbare Energien, Windrad, Turbine, Clean Energy

Diplomarbeit von Maximilian Ludwig Ganis

Abstract:

Wind energy is an increasingly import source of renewable, clean energy. In spite of this, only the methods and the materials of construction have improved over time, while the basic working principle of the wind turbine is still the same as it was centuries ago. In this thesis we have increased the power of a wind turbine by a factor of 4 in a fluid dynamic simulation, using a very simple external shroud system.

We have also extended the theory of wind turbines (limit of Betz), to include this new kind of device and show why past attempts to augment the power of a wind turbine by means of shroud systems have failed.

A detailed analysis of the device and its functioning principle is presented in this thesis - optimization studies need to be done in the future.

Table of Contents:

Abstract I
Index II
List of Figures IV
List of Symbols VI
Introduction 1
1. Theory of Wind Turbines 5
1.1 Introduction 5
1.2 The Betz Law 6
1.3 Aerodynamics of the rotor 13
1.4 Rotor Power Characteristics 18
1.5 Number of Rotor Blades 20
1.6 Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT) 22
1.7 Shrouded / Ducted Wind Turbines 28
1.7.1 Ducted Rotor 29
1.7.2 Turbine with a Diffuser Duct 29
2. Methodology 33
2.1 Introduction 33
2.2 Computational Domain 34
2.3 Computational Code 41
2.3.1 Conservation Equations 42
2.3.2 K-Epsilon Turbulence Model 43
2.3.3 Discretization of the Conservation Equations 45
2.4 MFR - Multiple Frame of Reference 45
2.5 Parallel Processing 46
2.6 Simulations 47
3. Results 48
3.1 Introduction 48
3.2 Conventional Turbine 49
3.2.1 Velocity Field 49
3.2.2 Static Pressure Field 52
3.2.3 Total Pressure Field 53
3.2.4 Power of the Conventional Turbine 55
3.2.5 Energy and Momentum Transfer 57
3.3 Shrouded Turbine 59
3.3.1 Velocity Field 59
3.3.2 Static Pressure Field 62
3.3.3 Total Pressure Field 63
3.3.4 Power of the Shrouded Turbine 65
3.3.5 Energy and Momentum Transfer 66
3.3.6 The Betz Limit 68
3.3.7 Cross Check Analysis with Traditional Shrouded Turbines 69
Conclusions 72
Bibliography 73
Acknowledgments

Arbeit zitieren:
Ganis, Maximilian Ludwig Juni 2003: CFD Analysis of the Characteristics of a Shrouded Turbine, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Windenergie, Erneuerbare Energien, Windrad, Turbine, Clean Energy

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