Tạp chí
 
Năm 2025
 
Số 1, Kỳ 67, [12 - 2025] - Xem trước

Mô phỏng số 3 chiều về tương tác giữa các turbine trục đứng thẳng hàng trong 1 trang trại: Trường hợp Turbine điện thủy triều

DOI:10.46326/JMES.2026.67(1).02

  • Cơ quan:

    1 Khoa Dầu khí và Năng lượng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, Việt Nam
    2 Phòng Thí nghiệm các Khoa học Ứng dụng (LUSAC), Đại học Caen-Normandy (UNICAEN), Pháp

  • *Tác giả liên hệ:
    This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
  • Nhận bài: 14-08-2025
  • Sửa xong: 28-11-2025
  • Chấp nhận: 18-12-2025
  • Ngày đăng: 31-12-2025
Trang: 16 - 28
Lượt xem: 14
Xem onlineXem online
Lượt tải: 0
Tải về PDF
★★★★★Yêu thích: , Số lượt: 0
  • ★
  • ★
  • ★
  • ★
  • ★
Bạn yêu thích

Tóm tắt:

Các turbine trục đứng là những thiết bị được dùng để chiết xuất năng lượng động học của dòng chảy thành điện năng. Trước đây loại turbine này ít được chú ý hơn so với turbine trục ngang trong các nghiên cứu. Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về loại turbine này áp dụng cho cả lĩnh vực điện gió và điện thủy triều do một số ưu điểm nổi trội so với turbine trục ngang. Việc hiểu biết về sự tương tác giữa các turbine trục đứng trong 1 trang trại còn nhiều khía cạnh cần được làm sáng tỏ, nhất là sự tương tác về trường rối và khả năng phục hồi trường vận tốc dòng chảy đằng sau mỗi turbine. Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu về sự tương tác giữa các turbine điện thủy triều trục đứng được bố trí thẳng hàng trong 1 trang trại. Các turbine được xây dựng dựa trên lý thuyết về Actuator Cylinder. Mô hình rối được sử dụng là k-ε Standard trong Ansys Fluent. Đầu tiên, việc kiểm chứng mô hình được thực hiện trên 1 turbine riêng lẻ dựa trên giá trị lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến tác dụng lên cánh của turbine trong nghiên cứu của tác giả Strickland. Tiếp theo, sự tương tác giữa 2 turbine bố trí thẳng hàng được xem xét. Khoảng cách giữa các turbine được lựa chọn lượt là 3D; 7,5D; 15D và 20D (với D là đường kính turbine). Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra việc tăng khoảng cách giữa các turbine dẫn tới việc phục hồi năng lượng của dòng chảy cho turbine ở phía hạ lưu nhanh hơn. Khả năng phục hồi vận tốc của dòng chảy đạt 42% so với ban đầu từ khoảng cách 7,5D. Ở khoảng cách 15D, giá trị này là 70%. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra khoảng cách 15D là giá trị hợp lý để phục hồi năng lượng của dòng chảy cho turbine ở phía hạ lưu. Các phát hiện này có ý nghĩa quan trọng để quyết định lựa chọn khoảng cách phù hợp giữa các turbine điện thủy triều trục đứng bố trí thẳng hàng trong 1 trang trại, nhằm đảm bảo hiệu suất cao nhất trong việc khai thác năng lượng của dòng chảy.

Trích dẫn
Nguyễn Văn Thịnh . và Sylvain S. Guillou, 2025. Mô phỏng số 3 chiều về tương tác giữa các turbine trục đứng thẳng hàng trong 1 trang trại: Trường hợp Turbine điện thủy triều, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, số 1, kỳ 67, tr. 16-28.
Tài liệu tham khảo

Nguyễn Văn Thịnh. (2024). Nghiên cứu phương pháp mô phỏng turbine trục đứng trong không gian 2 chiều dựa trên lý thuyết của mô hình Actuator Cylinder. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ- Địa chất, 65, 5, 1-9.

Abdolrahim, R., Ivo, K., Bert, B. (2017). CFD simulation of a vertical axis wind turbine operating at a moderate tip speed ratio: Guidelines for minimum domain size and azimuthal increment. Renewable Energy, 107, 373-385. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2017.02.006.

Ansys Fluent Theory Guide, ANSYS Inc, 2010.

Bachant, P., Goude, A., Wosnik, M. (2016). Actuator line modeling of vertical-axis turbines. Wind Energy, 1-23.

Bahaj, A.S., Myers L.E., Thomson, M.D and Jorge, N. (2007a). Characterising the wake of horizontal axis marine current turbines. Proceedings of the 7th European Wave and Tidal Energy Conference, Porto, Portugal.

Bahaj, A.S., Batten, W.M.J., McCann, G. (2007b). Experimental verifications of numerical predictions for the hydrodynamic performance of horizontal axis marine current turbines. Renewable Energy, 32, 2479–2490.https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.10.001.

Bai, G., Li, J., Fan, P., Li, G. (2013). Numerical investigations of the effects of different arrays on power extractions of horizontal axis tidal current turbines. Renewable Energy, 53, 180-186. https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.10.048.

Launder, B.E and Spalding, D.B. (1974). The numerical computation of turbulent flow, Comput Methods Appl Mech Eng, 3, 269-289.

Lin, X., Zhang, J., Zheng, J., Liu, S. (2024). Performance and wake interaction between two aligned vertical axis turbines. Ocean Engineering, 292, 1-13. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.116478.

Madsen, H.A. (1982). The Actuator Cylinder, A Flow Model for Vertical Axis Wind Turbines. PhD thesis, Aalborg University.

Michelet, N., Guillou, N., Chapalain, G., Thiébot, J., Guillou, S., Goward Brown, A.J., Neill, S.P. (2020). Three-dimensional modelling of turbine wake interactions at a tidal stream energy site, Applied Ocean Research, 95. 1-11. https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.102009.

Myers, L.E and Bahaj, A.S. (2005). Simulated electrical power potential harnessed by marine current turbine arrays in the Alderney Race. Renew Energy, 30, 1713–1731. https://doi.org/10.1016/j.renene.2005.02.008.

Nguyen, V.T., Guillou, S., Thiébot, J., Santa Cruz, A. (2014). Numerical simulation of a pilot tidal farm using actuator disks, influence of a time-varying current direction. Grand Renewable Energy 2014 Proceeding, O-Oc-6-1, Tokyo Japan, 8p.

Nguyen, V.T., Guillou, S.S., Thiébot, J., Santa Cruz, A. (2016). Modelling turbulence with an Actuator Disk representing a tidal turbine. Renewable Energy, 97, 625-635. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2016.06.014.

Nguyen, V.T., Santa Cruz, A., Guillou, S.S., Elsouk, M.N.S., Thiébot, J. (2019). Effects of the Current Direction on the Energy Production of a Tidal Farm: The Case of Raz Blanchard (France). Energies, 12, 2478, 1-20. https://doi.org/10.3390/en12132478.

Palm, M., Huijsmans, R., Pourquie, M, (2011). The Applicability of Semi-Empirical Wake Models for Tidal Farms. Proceedings of the 9th European Wave and Tidal Energy Conference, Southampton, UK.

Pucci, M., Spina, R., Zanforlin, S. (2024). Vertical-Axis Tidal Turbines: Model Development and Farm Layout Design. Energies, 17, 2366, 1-21. https://doi.org/10.3390/en17102366.

Rajagopalan, R.G., Fanucci, J.B. (1985). Finite difference model for vertical-axis wind turbines. AIAA Journal of Propulsion and Power, 1, 432-436. https://doi.org/10.2514/3.22824.

Roc, T., Conley, D.C., Greaves, D. (2013). Methodology for tidal turbine representa-tion in ocean circulation model. Renewable Energy, 51, 448-464. https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.09.039.

Roc, T., Greaves, D., Thyng, K.M., Conley, D.C. (2014). Tidal turbine representation: towards realistic applications. Ocean Engineering, 78, 95-111. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2013.11.010.

Shamsoddin S and Porté-Agel F. (2014). Large Eddy Simulation of Vertical Axis Wind Turbine Wakes. Energies, 7, 890-912. https://doi.org/10.3390/en7020890.

Sheldahl, R.E., Klimas, P.C. (1981). Aerodynamic Characteristics of Seven Symmetrical Airfoil Sections Through 180-Degree Angle of Attach for Use in Aerodynamic Analysis of Vertical Axis Wind Turbines. Report SAND80-2114, Sandia National Laboratories.

Shen, W.Z., Zhang, J.H., Sørensen J.N. (2009). The actuator surface model: A new Navier–Stokes based model for rotor computations. Journal of Solar Energy Engineering, 131, 011002-1-011002-9.https://doi.org/10.1115/1.3027502.

Shives, M and Crawford C. (2016). Adapted two-equation turbulence closures for actuator disk RANS simulations of wind and tidal turbine wakes. Renewable Energy, 92, 273–292. https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.02.026.

Strickland, J.H., Webster, B.T., Nguyen, T.A. (1979). Vortex model of the Darrieus turbine: an analytical and experimental study. Trans ASME Journal of Fluids Engineering, 101, 500-505.

Sudhamshu, A.R., Pandey, M.C., Sunil, N., Satish, N.S., Mugundhan, V., Velamati, R.K. (2016). Numerical study of effect of pitch angle on performance characteristics of a HAWT. Engineering Science and Technology, an International Journal, 19, 632–641.  https://doi.org/10.1016/j.jestch.2015.09.010

Suhri, G. E., Rahman, A., Dass, L., Rajendran, K. (2021). The influence of tidal turbine arrangement on the wake interaction in shallow water. Journal of Physics: Conference Series, 2051, 1-7.

Sun, K., Ji, R., Zhang, J., Li, Y., Wang, B. (2021). Investigations on the hydrodynamic interference of the multi-rotor vertical axis tidal current turbine. Renewable Energy, 169, 752–764. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.01.055.

Ye, L. (2008). Development of a procedure for predicting power generated from a tidal current turbine farm. PhD thesis, British Columbia University.

Các bài báo khác