CFD --- Combustion --- turbine flow

The dynamics of wind turbine has to be studied carefully to avoid unpredictable outputs and to make sure that consistent and efficient power is supplied according to the load requirements. There is a great and urgent necessity to increase the efforts in the development of the researches of the renewable energy to decrease the dependency on the conventional ones. The objective of this research is to make a contribution to the ongoing wind turbine research in the area of modeling, which is the first step required for the control and implementation of wind turbines. The wind turbine transfer function is derived and its performance has been established using the MATHLAB Software. This research provided a different approach to wind turbine modeling methodology. The results of this research may be used in another step for completing the control process of the wind turbine.

من الضروري أن يتم العناية بدراسة ديناميكية التوربينات الريحية لتجنب النواتج (المخرجات) غير المتوقعة ولضمان توافق وكفاءة القدرة المجهزة وفقاً لمتطلبات الحمل. هناك حاجة كبيرة وملحة لزيادة الجهود المبذولة لتطوير البحوث في مجال الطاقة المتجددة وذلك لتقليل الاعتماد على الطاقات التقليدية. الغرض من البحث هو وضع اسهامة في تطوير بحوث التوربينات الريحية في مجال النمذجة (modeling) والتي تعتبر الخطوة الأساسية الأولى اللازمة للسيطرة على عمل التوربينات الريحية. تم اشتقاق دالة الانتقال (transfer function) للتوربين الريحي وتم حساب أدائه باستخدام (MATHLAB). يعطي هذا البحث مفهوم مختلف لطريقة نمذجة التوربين الريحي، النتائج التي تم الحصول عليها في هذا البحث يمكن استخدامها في الخطوة التالية لإكمال السيطرة على أداء التوربين الريحي.

Wind Turbine --- Modeling --- Performance --- MATHLAB

The second law of thermodynamics has proved to be a very powerful tool in optimization of complex thermodynamic systems. This paper involves an exergy analysis of three configurations of gas turbine units, simple unit with no regenerator, conventional regenerative gas turbine unit and alternative regenerative gas turbine unit. Obviously, in conventional regenerative gas turbine cycle, the position of regenerator is placed immediately after the low pressure turbine. In the current study the position of regenerator is suggested to be immediately after the high pressure turbine. This may result in preheating the compressed air to a high temperature before admitting to the combustion chamber and also lowers the low pressure turbine exit temperature.Results show that the second law efficiency of alternative regenerative gas turbine has been increased throughout the pressure ratio range (6-20) for fixed turbine inlet temperature (1400K) as well as throughout the turbine inlet temperature range (1100 -1750 K) for optimum pressure ratio nearly by (52% , 12%) and (23% , 11.6%) as compared to simple and conventional regenerative cycle respectively. The exergy loss due to irreversibility in combustion chamber, regenerative and exhaust gases was found to be decreased nearly by 60% and 39.4 respectively as compared to simple cycle as well as by32.5%, 22.5% and 13.9% respectively as compared to conventional regenerative cycle

يتميز القانون الثاني للثرموديناميك بإمكانية استخدامه في إجراء المفاضلات بين أنظمة حرارية معقدة. يتضمن هذا البحث تحليل لثلاث أشكال من الوحدات الغازية وهي ( البسيطة التي لا تحتوي على مبادل حراري وا لتقليدية التي تحتوي على مبادل حراري يوضع بعد التوربين ذو الضغط الواطيء ، وأخيرا الوحدة الغازية المقترحة في البحث الحالي والتي تتضمن تجهيز مبادل حراري ذو موقع بديل عن ذلك المتعارف عليه والذي يوضع عادة في مجرى الغازات العادمة الخارجة من التوربين الأخير ( التوربين ذو الضغط الواطيء) والذي يستخدم لرفع درجة حرارة الهواء الخارج من الضاغطة قبل دخوله إلى غرفة الاحتراق . في هذا البحث تم اقتراح موقع المبادل الحراري بعد التوربين ذو الضغط العالي مباشرة ، وقبل التوربين ذو الضغط الواطيء، على اعتقاد إن الدورة الجديدة للوحدة الغازية تكون أكثر كفاءة واقل هدرا للطاقة المتوفرة.بينت النتائج و اعتمادا على القانون الثاني ان كفاءة الوحدة الغازيةالمقترحة ازداد و لجميع قيم نسبة الانضغاط بثبوت درجة حرارة نواتج الاحتراق الداخلة الى التوربين (1400 K)، و كذلك لجميع درجات حرارة نواتج الاحتراق الداخلة الى التوربين (1100-1750 K) لافضل نسبة انضغاط تقريبا بحوالي (12%, 52%) و (11.6%, 23%) بالمقارنة مع الدورة البسيطة و التتقليدية على التوالي. اما بالنسبة للطاقة المهدورة نتيجةاللاانعكاسية في غرفة الاحتراق الداخلي ، المبادل الحراري و غازات العادم ، فقد وجد انها انخفضت تقريبا بحوالي (39.4%, 60%) على التوالي مقارنة بالدورة البسيطة، و تفريبا بحوالي ((13.9%, 22.5%, 32.5% على التوالي مقارنة بالدورة التقليدية.

Gas turbine --- Exergy --- Regeneration --- Irreversibility

The hydrodynamic and thermal boundary layers have great effect on the fluid flow and heat transfer between rotating turbine blade. In the present work, the flow and heat transfer is analyzed numerically by solving two dimensional incompressible boundary layer equations.A(k – ε) turbulence modeling is used to obtain the eddy viscosity. The finite volume method is introduced to carryout all computational solution with staggered grid arrangement. Due to complex physical domain the original coordinate system is transferred to non orthogonal coordinate system. The calculation of present work done for rotating two dimensional turbine cascade with different rotating speeds (1500 rad/s, 1800 rad/s, 1900 rad/s), and for different Reynolds number (5000, 10000, 100000), in subsonic flow (M<1). The two dimension fluid flow is described by presenting plots of vector and contour mapping for the velocity; pressure and heat transfer fields as well as Nusselt number variation. The results were verified through a comparison with published duct results, good agreement was obtained. The final results were then compared with published results for turbine blades and good agreement was also obtained, the overall comparison show good agreement.

الطبقة المتاخمة الهيدرو ديناميكية والحرارية لها تأثير كبير على الجريان وانتقال الحرارة بين ريش التوربين الدوارة. في البحث الحالي تم تحليل الجريان وانتقال الحرارة عددياً بحل معادلات الطبقة المتاخمة ثنائية البعد اللاانظغاطية. تم استخدام نموذج (k- ε) للاضطراب للحصول على اللزوجة الدوامية. تم استخدام المركبات الكارتيزية للسرع والضغوط كمتغيرات معتمدة في معادلة الزخم. طريقة الحجوم المحددة تم استخدامها مع الشبكة المرحلة (staggered grid). بسبب التعقيد في المجال الفيزيائي للمسئلة, تم تحويل نظام الاحداثيات غير المتعامدة. تم حل معادلة الطبقة المتاخمة الهيدروديناميكية مع معادلة الطاقة في المجال العددي للمسألة. تم استخدام طريقة SIMPLE للجريان اللاانظغاطي للحصول على الحل وتفاصيله خلال ريشتي توربين دوارة تم ايجاد الحل لثلاث سرع دورانية (1500 rad/s , 1800 rad/s, 1900 rad/s) ولثلاث قيم من رقم رينولدز (5000, 10000 , 100000). تم اعداد برنامج بأستخدام (power station) لتنفيذ الحسابات المطلوبة. تم تمثيل الجريان الثنائي البعد برسم المتجهات وخطوط التساوي (contours) للسرع والضغوط ودرجات الحرارة, وكذلك تقييم رقم نسلت. تم تدقيق النتائج بمقارنتها مع نتائج منشورة للجريان داخل مجرى وتم الحصول على توافق جيد. بعد ذلك تمت مقارنة النتائج النهائية مع نتائج منشورة للجريان خلال ريش توربين, وتم الحصول على توافق جيد.

Turbine Blades --- Rotating --- Flow --- Heat transfer

Variable speed wind turbine generators are more powerful than constantspeed turbines. However the unstable wind speed causes the variable speed machine to have variable voltage and frequency. The quality of power can be improved if a suitable control technique is usedin the system, the fluctuating wind generator output needs to be controlled, for this reason one needs to study the dynamic characteristics of the combined wind generator system. Better control design can be designed for more dynamic performance. Blade pitch control of the fan is discussed here in this research by using rotarypotentiometers for position control and some tests is done in control laboratory as a simulation of the position control.

أن مولدات الطاقة الكهربائية من الرياح ذات السرع المتغيرة يمكن أن تعطينا قدره وكفاءة أكثر من مولدات الطاقة الكهربائية بواسطة الرياح ذات السرع الثابتة, وبما إن الرياح تهب وتتغير بصوره غير نظاميه من ناحية السرعة والاتجاه فأن مولدات الطاقة الكهربائية بواسطة الرياح ذات السرع المختلفة سوف تكون الفولتيه الخارجة والتردد أيضا متغيرة. لذلك لابد من وجود نظام سيطرة على تلك القيم الخارجة لجعلها مستقره ولأجل التوصل إلى أحسن اختيار وتصميم لمنظومة السيطرة المستخدمة يجب دراسة الخصائص الديناميكية لتلكالمولدات. إحدى هذه الطرق هي طريقه السيطرة على زاوية تثبيت ريشه المروحة، في هذا البحث استخدمنا مقاومة متغيرة دائرية الشكل(بوتنشوميتر) وقد تم أجراء بعض التجارب ألمختبريه في مختبر السيطرة على هذه الطريقة للسيطرة على الزاوية(زاوية تثبيت الريشة).

position control --- variable wind turbine generator