راز پنهان در فرمول ۱۰۰ساله؛ کشفی که صنعت انرژی را متحول می کند!

تینا مزدکی_یک دانشجوی جوان با بازبینی یک مسئله ریاضی یک قرنی راه حلی ساده اما هوشمندانه برای بهینه سازی جریان هوای توربین های بادی ارائه داده است که می تواند بازدهی آن ها را به طرز چشمگیری افزایش دهد.

حل مسئله ای که یک قرن بدون پاسخ مانده بود

دیویا تیاگی دانشجوی مهندسی هوافضا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا موفق شد اصلاحیه ای مهم برای راه حل دیسک روتور بهینه هرمان گلائورت متخصص آیرودینامیک بریتانیایی ارائه دهد. این موفقیت زمانی حاصل شد که پروفسور سون اشمیتز مشاور تیاگی او را به بررسی دقیق تر این مسئله چالش برانگیز ریاضیاتی ترغیب کرد.

اشمیتز:«وقتی به مسئله گلائورت فکر کردم متوجه شدم که مراحل آن ناقص و بیش از حد پیچیده است. من اطمینان داشتم که روش بهتری وجود دارد. دیویا چهارمین دانشجویی بود که این چالش را مطرح کردم و تنها کسی بود که توانست آن را حل کند!»

چگونه این کشف می تواند بهره وری توربین های بادی را متحول کند؟

دیویا تیاگی با استفاده از حساب تغییرات (روشی ریاضی برای بهینه سازی تحت قیود خاص) توانست جریان هوای ایده آل برای حداکثر تولید انرژی در توربین های بادی را محاسبه کند. گلائورت در کار خود فقط حداکثر ضریب توان توربین را محاسبه کرده بود (که نشان دهنده کارایی تبدیل باد به برق است) اما تأثیر نیروهای کلی و گشتاور روی روتور و نحوه خم شدن پره ها در برابر فشار باد را نادیده گرفته بود.

اشمیتز توضیح می دهد:«وقتی بازوهای خود را باز کنید و کسی کف دستان شما را فشار دهد باید در برابر آن نیرو مقاومت کنید. این همان نیروی رانش رو به پایین و گشتاور خمشی در پایه روتور است که توربین های بادی نیز باید آن را تحمل کنند.»

با راه حل جدید تیاگی توربین ها می توانند فشار باد را بهتر مدیریت کرده و انرژی بیشتری تولید کنند.

افزایش تولید انرژی تنها با ۱٪ بهبود در بازدهی

تحقیقات نشان می دهد که افزایش تنها ۱٪ در ضریب توان یک توربین بادی بزرگ می تواند میزان تولید انرژی آن را به طور قابل توجهی افزایش دهد و حتی برقی برای تأمین کل یک محله فراهم کند. اشمیتز:«من فکر می کنم این راه حل هوشمندانه به زودی در کلاس های درس سراسر کشور و حتی جهان تدریس خواهد شد.»

دستاوردهای تیاگی و مسیر آینده او

دیویا تیاگی برای این تحقیق ارزشمند موفق به دریافت جایزه Anthony E. Wolk برای بهترین پایان نامه مهندسی هوافضا در میان هم دوره ای های خود شد. او در حال حاضر در مقطع کارشناسی ارشد مشغول مطالعه شبیه سازی های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است و امیدوار است که پژوهش او به توسعه نسل جدید توربین های بادی منجر شود.

در کنار این تحقیقات او اکنون بر مطالعه جریان هوای اطراف روتور هلیکوپتر تمرکز کرده است؛ پروژه ای که با حمایت نیروی دریایی ایالات متحده انجام می شود و هدف آن بهبود شبیه سازی های پرواز و افزایش ایمنی خلبانان است.

تیاگی در مورد این کشف گفت:«من هر هفته ۱۰ تا ۱۵ ساعت روی این مسئله و نوشتن پایان نامه ام وقت گذاشتم. این چالش ریاضی بسیار سنگین بود اما حالا که نتیجه آن را می بینم احساس غرور می کنم.»

 این پژوهش در مجله علمی Wind Energy Science (WES) منتشر شده است.

منبع: interestingengineering

۵۸۳۲۳