Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Optimal airfoil selection for small horizontal axis wind turbine blades: a multi-criteria approach

Batu Temesgen, Lemu Hirpa G., Negash Besufekad, Beyene Eaba, Tirfe Dagim, Hailemichael Eyob, Alemneh Solomon

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2024

|

Vol. 41, nr 1

57-68

EN

Over the last century, the growing demand for clean energy has emphasized wind energy as a promising solu-tion to address contemporary energy challenges. Within the realm of wind energy, the wind turbine plays a pivotal role in harnessing the kinetic energy of the wind and converting it into electrical power. Among the various components of the wind turbine system, turbine blades assume a critical role in capturing the wind's kinetic energy and converting it into rotational motion. Consequently, the design of wind turbine blades holds the utmost importance in determining the overall performance and efficiency of the entire wind turbine system. One essential aspect of blade design involves selecting an appropriate airfoil. Throughout history, numerous airfoil profiles have been developed for various applications. Notably, National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) and National Renewable Energy Laboratory (NREL) airfoils have been tailored for aircraft and large-scale wind turbine blades, respectively. However, the quest for suitable airfoil types for small-scale wind turbine blades has been ongoing. This study delves into an examination of over 62 distinct NACA and NREL aerofoil types tailored for small horizontal-axis wind turbine blades. Employing specialized software, namely QBlade, specifically designed for modeling and simulating wind turbine blades, the study calculates key parameters such as power output, stress, deformation, and weight for each airfoil. Subsequently, based on the simulated data, the optimal airfoil is identified using the Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) multi-criteria selection approach. This selection process takes into account simulation results pertaining to power output, stress, deformation, and weight. The decision-making process involving multiple criteria is facilitated using Excel and Python. The findings of this study reveal that among the 62 airfoil types under consideration, the NACA 0024, NACA 2424, and NACA 4424 airfoils emerge as the most suitable choices for small horizontal-axis wind turbine blades.

PL

W ciągu ostatniego stulecia rosnące zapotrzebowanie na czystą energię uwydatniło energię wiatrową jako obiecujące rozwiązanie umożliwiające sprostanie współczesnym wyzwaniom energetycznym. W dziedzinie energii wiatrowej turbina wiatrowa odgrywa kluczową rolę w wykorzystywaniu energii kinetycznej wiatru i przekształcaniu jej w energię elektryczną. Spośród różnych elementów systemu turbin wiatrowych, łopaty turbin odgrywają kluczową rolę w konwersji energii kinetycznej wiatru w ruch obrotowy. W związku z tym konstrukcja łopat turbin wiatrowych ma ogromne znaczenie przy określaniu ogólnej wydajności i efektywności systemu turbin wiatrowych. Jednym z istotnych aspektów konstrukcji łopaty jest dobór odpowiedniego profilu. Na przestrzeni ostatnich dekad opracowano wiele profili płatów do różnych zastosowań. Warto zauważyć, że profile NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) i NREL (National Renewable Energy Laboratory) zostały dostosowane odpowiednio do łopat samolotów i wielkogabarytowych turbin wiatrowych. Trwają jednak poszukiwania odpowiednich typów profili do łopat małych turbin wiatrowych. W badaniu tym szczegółowo zbadano 62 różne typy profili NACA i NREL dostosowanych do łopat małych turbin wiatrowych o osi poziomej. Wykorzystując specjalistyczne oprogramowanie QBlade, opracowane specjalnie do modelowania i symulacji zachowania łopat turbin wiatrowych, w badaniach obliczono kluczowe parametry turbiny, takie jak moc wyjściowa, naprężenia, odkształcenia i masę każdego płata. Następnie, na podstawie symulowanych danych, zidentyfikowano optymalną geometrię płata przy użyciu wielokryterialnego podejścia TOPSIS (technika wyboru preferencji według podobieństwa do idealnego rozwiązania). W procesie wyboru odpowiedniej geometrii łopaty uwzględniono wyniki symulacji dotyczące mocy wyjściowej, naprężeń, odkształceń i masy. Proces podejmowania decyzji uwzględniający wiele kryteriów przeprowadzono za pomocą procedury Python w programie Excel. Wyniki badań wskazały, że spośród 62 rozważanych typów płatów, profile NACA 0024, NACA 2424 i NACA 4424 wydają się być najbardziej odpowiednim wyborem na łopaty małych turbin wiatrowych o osi poziomej.

2

Investigating mechanical and physical properties of stir casted Al6061/nano Al2O3/quartz hybrid composite

Tirfe Dagim, Woldeyohannes Abraham, Hunde Bonsa, Batu Temesgen, Geleta Eaba

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2023

|

Vol. 40, nr 1

189-201

EN

Aluminum alloys are widely used in different engineering application areas, such as aerospace, automotive, and marine industries. However, their properties need some improvement in order to enlarge their application area. Thus, the objective of the study was to improve the physical and mechanical properties of Al6061 aluminum alloy by reinforcing it with nano-Al2O3 and micro-quartz particles. The investigation primarily was focused on studying the impact of quartz particles on the mechanical and physical properties of an Al6061/nano Al2O3/quartz hybrid composite. The hybrid composite was developed using a stir casting technique, by varying the weight percentage of quartz particles at 3%, 6%, and 9%, while maintaining a constant weight percentage of nano-Al2O3 at 3.5%. To evaluate the composite's properties, test samples were prepared according to ASTM E9-09 and ASTM E23 standards for hardness, compressive strength, creep, and impact energy absorption, respectively. The results of the investigation demonstrate that, with the addition of 9 wt.% of micro-quartz particles and 3.5 wt.% of nano-Al2O3 nanoparticles, all mechanical and physical properties of the matrix were improved, except for the impact strength. Based on these results, the developed hybrid composite material can be recommended for light weight automotive spare parts such as brakes and clutch discs.

PL

Stopy aluminium są szeroko stosowane w różnych obszarach zastosowań inżynieryjnych, takich jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny i morski. Właściwości stopów aluminium wymagają udoskonaleń, aby zwiększyć zakres ich zastosowań. Celem badań była poprawa właściwości fizycznych i mechanicznych stopu aluminium Al6061 poprzez wzmocnienie nanocząstkami Al2O3 i cząstkami mikrokwarcu. Badania skupiały się przede wszystkim na badaniu wpływu cząstek kwarcu na właściwości mechaniczne i fizyczne kompozytu hybrydowego Al6061/nano Al2O3/kwarc. Kompozyt hybrydowy opracowano techniką odlewania z mieszaniem, zmieniając udział wagowy cząstek kwarcu na 3%, 6% i 9%, utrzymując natomiast stały udział wagowy nanocząstek Al2O3 (3,5%). Do oceny właściwości kompozytu, przygotowano próbki testowe zgodnie z normami ASTM E9-09 i ASTM E23 dotyczącymi odpowiednio twardości, wytrzymałości na ściskanie, pełzania i pochłaniania energii uderzenia. Wyniki badań wykazały, że dodatek 9% kwarcu i 3,5% nanocząstek Al2O3 spowodował poprawę wszystkich właściwości mechanicznych i fizycznych osnowy, z wyjątkiem udarności. Na podstawie uzyskanych wyników, opracowany hybrydowy materiał kompozytowy może być zalecany do lekkich części zamiennych do samochodów, takich jak tarcze hamulcowe i sprzęgła.

3

Analysis of high temperature oxidation characteristic of chrome-plated, nickel-plated and non-plated mild steels

Alemayehu Atalay, Beyene Eaba, Batu Temesgen, Tirfe Dagim

Advances in Mechanical and Materials Engineering

|

2023

|

Vol. 40, nr 1

215-228

EN

Metals are the best engineering materials owing to their superior conductivity, mechanical properties, and formability. However, they can be highly affected by environmental elements like oxygen, chlorine, etc. This reaction of metals with the environmental elements will indeed alter their electrical, chemical, and mechanical properties. To protect against corrosion, various protection methods such as electroplating have been established. The presence of anodic or cathodic films on the substrate surface protects steel from corrosion damage at ambient atmospheric temperature. This work focuses on the effect of temperature on the oxidative (corrosion) rate of non-plated, nickel-plated, and chrome-plated ASTM A283GC mild steel samples. A temperature range of 200–800 °C and a total heating time of 120 min were considered in this experiment. A temperature-regulated muffle furnace with a maximum heating capacity of 1000 °C has been used. Weight changes were determined every 30 minutes of heating using a digital weight balance with a precision of 0.001 g. The obtained experimental results of non-plated, nickel-plated, and chrome-plated mild steel samples were analyzed and compared with each other. The effect of oxidation on the surface hardness has also been studied with the help of a Vickers hardness testing machine. Changes in the physical nature of the samples caused by oxidation were also observed and pictured using a camera.

PL

Metale są najlepszymi materiałami konstrukcyjnymi ze względu na ich doskonałą przewodność właściwą, właściwości mechaniczne i odkształcalność. Jednakże wpływ czynników środowiskowych takich jak tlen i chlor może zmienić ich właściwości elektryczne, chemiczne i mechaniczne. W celu ochrony metali przed korozją opracowano różne metody ochrony, m.in. w procesie galwanizacji. Obecność filmów anodowych lub katodowych na powierzchni podłoża chroni stal przed uszkodzeniami korozyjnymi w temperaturze otoczenia. Niniejszy artykuł skupia się na wpływie temperatury na szybkość utleniania (korozji) próbek stali miękkiej nieplaterowanej, platerowanej niklem i chromowanej. W badaniach uwzględniono zakres temperatury 200-800°C i całkowity czas ogrzewania 120 minut. Zastosowano piec muflowy z regulowaną temperaturą o maksymalnej wydajności grzewczej 1000°C. Zmiany masy mierzono co 30 minut w trakcie nagrzewania przy użyciu cyfrowej wagi z dokładnością do 0,001 g. Uzyskane wyniki eksperymentalne próbek ze stali miękkiej ASTM A283GC nie platerowanej, platerowanej niklem i chromowanej poddano analizie i porównano ze sobą. Badano także wpływ utleniania na twardość powierzchni za pomocą twardościomierza Vickersa. Zaobserwowane zmiany w zachowaniu próbek spowodowane utlenianiem zostały sfotografowane.

4

Study of the Performance of Natural Fiber Reinforced Composites for Wind Turbine Blade Applications

Batu Temesgen, Lemu Hirpa G, Sirhabizuh Belete

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2020

|

Vol. 14, no 2

67--75

EN

The availability of some form of energy is essential for the human survival and social development. However, the way energy has been generated within the last century has brought forward the quest for the generation of energy without polluting the environment, which is nowadays considered to be the greatest global challenge. The materials used for wind turbine blades can be classified under this challenge of polluting the environment. One of the materials expected to reduce this problem is natural fiber reinforced composite (FRC). Thus, the focus of this paper was to evaluate the potential of different natural FRC materials for small wind turbine blade application. Eleven different natural fibers reinforced composite in epoxy resin were studied. A modified Halphin-Tsai semi-empirical model was used to compute the physical properties of the composites, since it has a good agreement with the experimental results. Stress, deformation, and weight of wind turbine blade under different loadings were analyzed aimed to search for a fiber type that may extend the life span of the blade. Finally, flap wise and edge wise, the longitudinal and torsional natural frequencies were computed numerically by using the finite element method in the Qblade software (QFEM) under different mode types and the effects were analysed. Upon comparing the results with a common composite material for wind turbine blade (E-glass/epoxy), it was observed that the selected natural fiber composites have equivalent and better mechanical performance. The environmental friendliness of natural fibers, i.e. biodegradability, constitutes their advantage as materials of wind turbine blades.