Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Universitatea Tehnică a Moldovei Cu titlu de manuscris C.Z.U.: 621.833.6 CIUPER

Universitatea Tehnică a Moldovei Cu titlu de manuscris C.Z.U.: 621.833.6 CIUPERCĂ RODION CONTRIBUŢII LA ELABORAREA ŞI CERCETAREA ROTORULUI EOLIAN ELICOIDAL 05.02.02 – TEORIA MAŞINILOR ŞI ORGANE DE MAŞINI Autoreferatul tezei de doctor în ştiinţe tehnice CHIŞINĂU, 2010 Teza a fost elaborată la Catedra „Teoria Mecanismelor şi Organe de Maşini”, Universitatea Tehnică a Moldovei. Conducător ştiinţific: BOSTAN Ion, prof. univ., dr. hab., acad. al A.Ş.M. Referenţi oficiali: MOLDOVEAN Gheorghe, prof. univ., dr. ing., Universitatea „Transilvania” din Braşov, România. VELICU Radu, prof. univ., dr. ing., Universitatea „Transilvania” din Braşov, România. Membri ai Consiliului ştiinţific specializat: 1. DULGHERU Valeriu, conf. univ., dr. hab., Universitatea Tehnică a Moldovei – preşedinte al C.Ş.S. 2. GONCEARUC Valeriu, conf. univ., dr., Universitatea Tehnică a Moldovei – secretar ştiinţific al C.Ş.S. 3. VIŞA Ion, prof. univ., dr. ing., Universitatea „Transilvania” din Braşov, România – membru al C.Ş.S. 4. CREŢU Spiridon, prof. univ., dr. ing., Universitatea „Gheorghe Asachi” Iaşi, România – membru al C.Ş.S. 5. OLARU Dumitru, prof. univ., dr. ing., Universitatea „Gheorghe Asachi” Iaşi, România – membru al C.Ş.S. Susţinerea va avea loc la 12 martie 2010, ora 1600, în şedinţa Consiliului DH 31.05.02.02–04 “Teoria Maşinilor şi Organe de ştiinţific specializat: Maşini” din cadrul Universităţii Tehnice a Moldovei, MD 2045, Republica Moldova, Chişinău, str. Studenţilor 9. Teza de doctor, lucrările ştiinţifice, în baza cărora se susţine teza, şi autoreferatul pot fi consultate la Biblioteca Ştiinţifică a Universităţii Tehnice a Moldovei, precum şi la pagina web a C.N.A.A. (www.cnaa.md) Autoreferatul a fost expediat la 08 februarie 2010. Secretar ştiinţific al Consiliului ştiinţific specializat: conf. univ., dr. _______________ GONCEARUC Valeriu semnătura Conducător ştiinţific: acad., prof. univ., dr. hab. _______________ BOSTAN Ion semnătura Autor: _______________ CIUPERCĂ Rodion semnătura © Ciupercă Rodion, 2010 © Ciupercă Rodion, 2010 - 3 - REPERE CONCEPTUALE ALE CERCETĂRII Actualitatea temei. Una din cele mai mari provocări ale secolului al XXI-lea constă în asigurarea accesului fiecărui cetăţean al Planetei la energia nonpoluantă, durabilă care, conform Comisiei ONU, înseamnă „o dezvoltare care satisface necesităţile prezentului, fără a compromite capacităţile viitoarelor generaţii să îşi satisfacă propriile necesităţi”. Accesarea Republicii Moldova la Protocolul de la Kyoto la 22 aprilie 2003, de asemenea, semnarea a 18 convenţii internaţionale de mediu, au condus la elaborarea Strategiei energetice a Republicii Moldova până în anul 2020 şi a Legii energiei regenerabile nr. 160 – XVI din 12 iulie 2007, care au stabilit obiectivul majorării cotei surselor regenerabile de energie (SRE) în bilanţul energetic până la 6% în 2010 şi până la 20% în 2020. Aceste tendinţe sunt în deplină concordanţă cu strategia Uniunii Europene, al cărui membru tinde să fie şi Republica Moldova. În condiţiile crizei energetice actuale, vântul ar putea avea o pondere importantă în producerea energiei în Republica Moldova, necesară, în special, pentru alimentarea consumatorilor individuali prin utilizarea sistemelor de conversie de putere mică (<50 kW). Acesta ar fi un prim pas spre trecerea la energetica eoliană de putere mare (600 kW÷5 MW) cu conexiune directă la reţelele electrice naţionale de transport şi distribuţie. Descrierea situaţiei în domeniul de cercetare şi identificarea problemelor de cercetare. De-a lungul istoriei utilizării energiei vântului, au fost concepute multe tipuri de maşini eoliene având forme, principii de funcţionare şi soluţii constructive diferite. Cu toate acestea, ridicarea performanţelor turbinelor eoliene (TE) rămâne şi astăzi a fi actuală. Acest fapt derivă din apariţia noilor concepte constructive, materiale, tehnologii, metode de calcul şi analiză etc. Cantitatea de energie eoliană convertită depinde de performanţa celui mai important element al unei TE, care, cu certitudine, este considerat rotorul eolian, al cărui scop principal constă în conversia energiei cinetice a curenţilor de aer în energie mecanică. După părerea autorului, cele mai indicate TE de putere medie şi mare, pentru generarea energiei electrice, ar fi TE cu ax orizontal (HAWT) cu elice rapide cu două–trei pale studiate până în prezent destul de minuţios şi afirmate în exploatare. Însă, pentru TE mici, cu siguranţă, prioritate ar avea TE cu ax vertical (VAWT) cu pale profilate, care dispun de un şir de avantaje importante, cum ar fi lipsa mecanismului de orientare la direcţia vântului şi simplitatea constructivă, dar puţin studiate până în prezent. Lucrarea a fost elaborată la Catedra „Teoria Mecanismelor şi Organe de Maşini” (TM şi OM) a Universităţii Tehnice a Moldovei (U.T.M.) şi reprezintă continuarea cercetărilor în domeniul elaborării sistemelor eficiente de conversie a energiei eoliene prin utilizarea metodelor moderne de calcul şi analiză, materialelor şi tehnologiilor noi de fabricare. Scopul lucrării: elaborarea organului de lucru eolian cu ax vertical cu eficienţă sporită de conversie a energiei pentru asigurarea necesităţilor energetice ale consumatorilor individuali. Obiectivele principale ale lucrării. O condiţie necesară de atingere a scopului formulat este soluţionarea următoarelor probleme: − elaborarea conceptului organului de lucru eolian care ar asigura un coeficient sporit de conversie a energiei eoliene, caracteristic cadastrului de viteze în Republica Moldova; − elaborarea modelului matematic al organului de lucru eolian; − optimizarea parametrilor geometrico-cinematici ai organului de lucru eolian prin metode de calcul numeric; − fabricarea prototipului experimental şi a instalaţiei pentru încercări; − elaborarea metodicii de încercări şi cercetarea experimentală a prototipului privind identificarea caracteristicilor nivelului tehnic; − elaborarea recomandărilor privind fabricarea, exploatarea şi deservirea turbinelor eoliene cu organul de lucru elaborat. © Ciupercă Rodion, 2010 - 4 - Metodologia cercetării ştiinţifice. Pentru modelarea matematică a organului de lucru eolian propus a fost utilizat modelul tuburilor de curent multiple duble (DMS), propus şi dezvoltat de prof. I. Paraschivoiu în baza teoriei discului activ (teoria lui Betz). Analiza comparativă a parametrilor funcţionali ai TE a fost efectuată prin utilizarea unui program de analiză numerică specializat, elaborat cu ajutorul pachetului de modelare matematică MATLAB. Proiectarea conceptului nou al TE a fost realizată cu pachetul de proiectare parametric Solid Works, obţinând în final modelul 3–D al rotorului eolian. Simularea interacţiunii modelului 3–D al rotorului eolian cu fluidul, efectuată în mediul ANSYS CFX–10, a permis optimizarea formei elicoidale a palelor cu profil aerodinamic. Verificarea modelului matematic a fost efectuată printr-o serie de încercări experimentale, realizate în cadrul Laboratorului de Încercări ale TE de putere mică, creat în acest scop la Catedra TM şi OM. Noutatea şi originalitatea ştiinţifică. Au fost elaborate: conceptul rotorului eolian combinat cu element elicoidal al palelor (REEV–C), protejat prin 2 brevete de invenţie în Republica Moldova şi în curs de brevetare în România; modelul matematic al rotorului propus; calculul numeric (element finit) în vederea optimizării rotorului eolian în mediul ANSYS CFX; tehnologia industrială de fabricare a REEV–C din materiale compozite; metodica de cercetare experimentală a parametrilor funcţionali ai TE în condiţii de aer liber. Semnificaţia teoretică. În vederea estimării potenţialului energetic şi stabilirii parametrilor funcţionali, necesare la etapa de proiectare a TE cu ax vertical, pentru cazul REEV a fost elaborat modelul matematic, în a cărui bază a fost elaborat un cod de optimizare în mediul MATLAB. În teză a fost abordată cercetarea teoretică CFD a interacţiunii fluxului de aer cu rotorul eolian, care, în final, a permis optimizarea constructivă a REEV. Valoarea aplicativă a lucrării. Rezultatele ştiinţifice obţinute au fost utilizate la proiectarea şi fabricarea modelului experimental al REEV–C. A fost propusă tehnologia de fabricare a palelor elicoidale cu profil aerodinamic din materiale compozite finalizată prin realizarea formelor industriale prin utilizarea tehnologiilor moderne adaptate la posibilităţile tehnologice industriale. Aceasta va permite pe viitor fabricarea în serie a TE cu rotorul propus, orientat spre diverse aplicaţii solicitate de consumatorii individuali. Rezultatele ştiinţifice principale înaintate spre susţinere. Ö Au fost analizate şi cercetate o varietate largă de sisteme mecanice de conversie a energiei eoliene, care a permis elaborarea REEV menit să asigure un coeficient sporit de conversie a energiei eoliene caracteristice cadastrului de viteze în Republica Moldova. Ö Metode de proiectare şi calcul al TE cu ax vertical şi pale elicoidale a rotorului, bazate pe metode analitice, model matematic, calcul numeric CFD, care a permis prezicerea performanţei teoretice a TE cu REEV. Sistemul de ecuaţii propus şi analiza tablourilor CFD a constituit baza optimizării parametrilor funcţionali şi stabilirea geometriei REEV. Ö Cercetarea în condiţii de aer liber a modelului funcţional al TE cu REEV şi analiza rezultatelor experimentale obţinute au contribuit la dezvoltarea modelului matematic propus şi la precizarea în continuare a metodelor de proiectare şi calcul. Ö Elaborarea şi implementarea tehnologiei de fabricare din materiale compozite a palelor elicoidale prin realizarea formelor tehnologice în vederea asimilării producerii în serie a TE cu REEV. Aprobarea rezultatelor ştiinţifice. Tezele principale şi rezultatele lucrării au fost prezentate şi discutate: pe paginile revistei “Meridian Ingineresc”, organ al Universităţii Tehnice a Moldovei şi al Asociaţiei Inginerilor din Moldova, nr. 1 – 2001, nr. 4 – 2002, nr. 4–2003, nr. 4 – 2004, nr. 4 – 2008, Chişinău; The 28th Annual Congress ARA, University of © Ciupercă Rodion, 2010 - 5 - Târgu Jiu, 2003; The 30th Annual Congress o ARA, Chişinău, 2005; pe paginile Revistei „AGIR” nr. 4, Bucureşti, 2004, România; în culegerea de lucrări „Product Engineering (Eco-Design, Technologies and Green Energy)”. – Springer, 2004; la Seminarul Naţional de organe de maşini „Ioan Drăghici”: Eco-design : ed. a XXV-a : Braşov, 2005, România; la Conferinţă Ştiinţifică Internaţională TMCR, Iaşi – Chişinău, 2001, 2003, uploads/Litterature/ rodion-ciuperca-abstract 1 .pdf