Investigating of aerodynamic characteristics of vertical axis wind turbine models

Abstract

This dissertation consists of an improvement done on 120 mm chord length asymmetric airfoil NACA 2412 to get better performance of wind turbine. It covers two main parts. First came the theoretical part where the 3D airfoil NACA 2412 was drawn in ANSYS Fluent to extract its aerodynamic characteristics with an inlet stream velocity of 40 m/s, then four other airfoils were generated by combining the lower surface of the NACA 2412 airfoil with the upper surface of other airfoils whether four-digit or five-digit NACA airfoils. These airfoils underwent the CFD domain to extract the coefficients of lift and drag under the same boundary conditions applied on the original NACA 2412 airfoil. The airfoils have shown higher lift and that was the time to jump into the second part of the study that consisted of 3D printing with all the necessary steps to achieve the perfect surface for testing in a real wind tunnel to extract the same aerodynamic characteristics in real life experiment. The analysis of the experimental results has shown a close similarity to the theoretical ones where these profiles recorded a noticeable quality when it comes to lift coefficients as well as the lift to drag ratio.

Tato disertační práce se zabývá zlepšením asymetrického profilu křídla NACA 2412 o délce 120 mm pro dosažení lepšího výkonu větrné turbíny. Zahrnuje dvě hlavní části. Nejprve je uvedena teoretická část, kde byl 3D profil NACA 2412 vytvořen v ANSYS Fluent, aby byly získány jeho aerodynamické charakteristiky s rychlostí vstupního proudu 40 m/s, poté byly generovány čtyři další profily zkombinováním spodního povrchu profilu NACA 2412 s horním povrchem ostatních profilů, ať už čtyřmístných nebo pětimístných profilů NACA. Tyto profily byly podrobeny CFD pro extrakci koeficientů vztlaku a odporu za stejných okrajových podmínek, jaké byly použity na původním profilu NACA 2412. Profily vykazovaly vyšší vztlak, a to vedlo k druhé části studie, která sestávala z 3D tisku se všemi nezbytnými kroky k dosažení co nejdokonalejšího povrchu pro testování ve skutečném aerodynamickém tunelu, aby bylo možné získat stejné aerodynamické vlastnosti ve reálném experimentu. Analýza experimentálních výsledků ukázala blízkou podobnost s teoretickými výsledky, kde tyto profily zaznamenaly znatelnou kvalitu, pokud jde o koeficienty vztlaku i poměr vztlaku k odporu vzduchu.