Savonius-tuuliturbiinin toiminnan parantaminen
Halme, Hannu (2020)
Kandidaatintyö
2020
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020041415383
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020041415383
Tiivistelmä
Tämän työn tavoitteena on tutustua Savonius-turbiinin toiminnan parantamismenetelmiin. Erityisesti käsitellään turbiinin tuottamaa tehoa, joka on hyötysuhdetta määrittävän tehokertoimen funktio. Lisäksi otetaan huomioon parantamismenetelmien vaikutus turbiinin itsekäynnistyvyyteen. Työssä tutustutaan aiheeseen liittyviin viimeaikaisiin tutkimuksiin, ja esitetään tutkimusten tulokset pääpiirteissään. Työ ei ole kattava listaus kaikista aiheeseen liittyvistä tutkimuksista, vaan kokoelma lupaavia ja innovatiivisia menetelmiä.
Savonius-turbiiniin parantamismenetelmät voidaan jakaa karkeasti kahteen eri kategoriaan; turbiinin aerodynamiikan tai rakenteen parantamiseen ja augmentointiin. Turbiinin aerodynamiikkaa voidaan parantaa siipiprofiilia optimoimalla tai käyttämällä innovatiivisia ratkaisuja, kuten turbiinin siipiin sijoitettuja venttiilejä. Parhaimmillaan tehokerrointa voidaan parantaa yli 27 prosenttia pelkästään siipiprofiilia optimoimalla. Merkittävästi suurempiin tehokertoimen parannuksiin päästään käsiksi hyödyntämällä virtauksen augmentointia, eli virtauksen ohjausta. Yleisesti virtauksen ohjauksen tavoitteena on ohjata virtaus pois Savonius-turbiinin palaavasta siivestä, ja kasvattaa turbiinin läpi kulkevaa massavirtaa. Parhaimmissa olosuhteissa augmentoinnilla voidaan saavuttaa jopa 160 prosenttia suurempi tehokerroin kuin augmentoimattomalla turbiinilla.
Savonius-turbiiniin parantamismenetelmät voidaan jakaa karkeasti kahteen eri kategoriaan; turbiinin aerodynamiikan tai rakenteen parantamiseen ja augmentointiin. Turbiinin aerodynamiikkaa voidaan parantaa siipiprofiilia optimoimalla tai käyttämällä innovatiivisia ratkaisuja, kuten turbiinin siipiin sijoitettuja venttiilejä. Parhaimmillaan tehokerrointa voidaan parantaa yli 27 prosenttia pelkästään siipiprofiilia optimoimalla. Merkittävästi suurempiin tehokertoimen parannuksiin päästään käsiksi hyödyntämällä virtauksen augmentointia, eli virtauksen ohjausta. Yleisesti virtauksen ohjauksen tavoitteena on ohjata virtaus pois Savonius-turbiinin palaavasta siivestä, ja kasvattaa turbiinin läpi kulkevaa massavirtaa. Parhaimmissa olosuhteissa augmentoinnilla voidaan saavuttaa jopa 160 prosenttia suurempi tehokerroin kuin augmentoimattomalla turbiinilla.