ทฤษฎีเบลดเอลิเมนท์โมเมนตัมเพื่อการประเมินประสิทธิภาพ กังหันลมเสื่อลำแพน Blade Element Momentum Theory for Estimating Efficiency of Thai Sail Windmill

Abstract

บทคัดย่อ

กังหันลมเสื่อลำแพนเป็นเครื่องจักรกลท้องถิ่นของประเทศไทย ปัจจุบันใช้ในการสูบน้ำเข้านาเกลือเป็นกังหันลมแกนนอนที่มีลักษณะใบเป็นรูปสามเหลี่ยมทำจากผ้าใบ กังหันลมเสื่อลำแพนแบบดั้งเดิมจะมีประสิทธิภาพประมาณ 10-17% แต่ปัจจุบันได้มีการพัฒนาจนสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้สูงขึ้นถึง 30-35%          ดังนั้นจากต้นทุนการสร้างที่ค่อนข้างต่ำ โครงสร้างเรียบง่าย และประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ทำให้กังหันลมเสื่อลำแพน มีความน่าสนใจต่อการทำวิจัยมากขึ้น อนึ่งงานวิจัยประเภทการจำลอง (Simulation) ก็นับเป็นหัวข้อหนึ่งที่มีความสำคัญ เพราะว่าการจำลองที่แม่นยำจะนำไปสู่การประเมินค่าแรงบิด กำลัง และประสิทธิภาพในสภาวะอื่น ๆได้อย่างถูกต้องโดยไม่ต้องพึ่งการทดลอง ซึ่งจะมีประโยชน์อย่างมากต่อการออกแบบใบกังหันลม วัตถุประสงค์ของบทความนี้คือ สร้างแบบจำลองกังหันลมเสื่อลำแพนโดยใช้พื้นฐานทฤษฎีเบลดเอลิเมนท์โมเมนตัม เพื่อประเมินหาประสิทธิภาพและสอบเทียบกับผลการทดลอง การประเมินประสิทธิภาพจะพิจารณาที่มุมพิตช์ปลายใบ 4 ลักษณะ       คือ 5, 10, 15 และ 20 องศา ผลลัพธ์ที่ได้คือ ประสิทธิภาพกังหันลมเสื่อลำแพนที่ประเมินด้วยแบบจำลองมีความแม่นยำ     ที่มุมพิตช์ปลายใบเท่ากับ 10, 15 และ 20 องศา ในช่วงอัตราส่วนความเร็วปลายใบ 2.0-3.5 โดยมีความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยเท่ากับ 7.0%

Abstract

Thai sail windmill (TSW) is a local machine of Thailand now using for pumping brine to the salt farms. TSW is a horizontal axis wind turbine that the blade is a triangular shape made of canvas. Traditional TSW efficiency is typically about 10-17%. However, it has been now developed and augmented its efficiency until 30-35%. Therefore, due to a low construction cost, an uncomplicated structure and a higher efficiency, these things encourage TSW more interesting for research. By the way, the wind turbine simulation is one significant research topic because the accurate simulation can bring about the evaluation of torque, power and efficiency correctly in another condition without the experiment. So, the simulation is very helpful to design the blade of the wind turbine. The purpose of this article is to perform the TSW simulation based on the blade element momentum theory to appraise the efficiency and to validate results with the experiment data. The efficiency evaluation would be regarded by 4 manners of the tip pitch angle as follows: 5, 10, 15 and 20 degrees. The results show that the TSW efficiencies estimated by the simulation are accurate at the tip pitch angle of 10, 15 and 20 degrees in the range of tip speed ratio of 2.0-3.5 whose average percentage error is about 7.0%.