| dc.description.abstract | Από τις υψηλότερου δυναμικού ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι σαφώς η κυματική ενέργεια. Μια από τις πιο υποσχόμενες συσκευές για την αξιοποίηση της είναι βασισμένη στην αρχή της ταλαντευόμενης στήλης ύδατος (Oscillating Water Column, OWC). Αποτελεσματική μετατροπή της έχει επιτευχθεί με τη χρήση αεροστροβίλων οι οποίοι έχουν τη δυνατότητα να δέχονται τη ροή του αέρα είτε από ανάντη είτε από κατάντη του ρότορα (self-rectifying). Στη βιβλιογραφία εμφανίζονται διάφοροι τέτοιοι τύποι αεροστροβίλων, με τον self-rectifying στρόβιλο Wells να θεωρείται ο πιο κατάλληλος.
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον υπολογιστικό αλλά και τον πειραματικό έλεγχο της συμπεριφοράς του στροβίλου Wells, τόσο για μόνιμες όσο και για μη μόνιμες συνθήκες ροής. Ο υπολογιστικός έλεγχος πραγματοποιείται για δύο διαφορετικές γεωμετρίες ενώ, η μία απ' αυτές τις γεωμετρίες ελέγχεται πειραματικά. Οι εν λόγω γεωμετρίες αποτελούν την πιο απλή εκδοχή του στροβίλου Wells. Κάθε ρότορας έχει τέσσερα πτερύγια, τα οποία είναι δομημένα με την αεροτομή NACA 0021.
Όσον αφορά την υπολογιστική μοντελοποίηση του στροβίλου κάτω από μόνιμες συνθήκες ροής, η ανάλυση πραγματοποιείται με τον παραμετρικό έλεγχο αυτού για περιστροφικές ταχύτητες στροβίλου ισοδύναμες με 2000, 3000 και 4000 rpm, μελετώντας τα χαρακτηριστικά του για οχτώ διαφορετικές ταχύτητες εισαγωγής του αέρα σε κάθε περίπτωση. Με αντίστοιχο τρόπο γίνεται και ο αρχικός πειραματικός έλεγχος του στροβίλου, κάτω από μόνιμες συνθήκες ροής, με τη δοκιμή του σε αεροσήραγγα. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση των υπολογιστικών αποτελεσμάτων που προκύπτουν από τον έλεγχο της μιας γεωμετρίας, για περιστροφική ταχύτητα στροβίλου ισοδύναμη με 4500 rpm, με τα υπολογιστικά και τα πειραματικά αποτελέσματα που υπάρχουν στη βιβλιογραφία, προκειμένου να γίνει μια αξιολόγηση και των υπόλοιπων αποτελεσμάτων που εξάγονται στην παρούσα εργασία. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα εν τέλει χαρακτηρίζονται από μια σχετική αξιοπιστία, με το στρόβιλο Wells να παρουσιάζει μέγιστη παραγόμενη ισχύ περίπου ίση με 225 W και μέγιστο βαθμό απόδοσης περίπου ίσο με 51% ενώ, τα πειραματικά αποτελέσματα κάτω από μόνιμες συνθήκες ροής έδειξαν πως, η λειτουργία του στροβίλου είναι πολύ αποδοτική, με τη μέγιστη απόδοση αυτού να ισούται περίπου με 70%, απόδοση ισάξια αυτών που εμφανίζονται στη βιβλιογραφία.
Ο υπολογιστικός έλεγχος της συμπεριφοράς του στροβίλου Wells κάτω από μη μόνιμες συνθήκες ροής αφορά την εξαγωγή των χαρακτηριστικών εκκίνησης του για διάφορες ταχύτητες εισαγωγής του αέρα καθώς και των χαρακτηριστικών του κάτω από την ημιτονοειδή μεταβολή της ταχύτητας εισαγωγής, για οχτώ διαφορετικές συχνότητες ταλάντωσης, μικρότερες από 1 Hz. Με αντίστοιχο τρόπο γίνεται και ο πειραματικόςέλεγχος της συμπεριφοράς του στροβίλου κάτω από την ημιτονοειδή μεταβολή της ταχύτητας εισαγωγής, σχεδιάζοντας και κατασκευάζοντας ένα σύστημα που προσομοιώνει την επιθυμητή παλινδρομική κίνηση του αέρα. Οι εν λόγω υπολογιστικοί και πειραματικοί ελέγχοι απέδειξαν την ικανότητα του στροβίλου Wells να παράγει μια χρονικά μέση θετική ροπή κάτω από συνθήκες αντιστρεπτής ροής του αέρα.
Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του λογισμικού ANSYS CFX μοντελοποιώντας την τύρβη με το μοντέλο low-Re k-ω SST. Η σχεδίαση των γεωμετριών για την υπολογιστική μοντελοποίηση του στροβίλου αλλά και για την ανάπτυξη της πρότυπης συσκευής με σκοπό την πειραματική διερεύνηση, έγινε με τη χρήση του λογισμικού Solidworks. Κατά την εξέλιξη της παρούσας εργασίας χρησιμοποιήθηκε και το λογισμικό Matlab. | en_US |
