تینا مزدکی_یک دانشجوی جوان با بازبینی یک مسئله ریاضی یک قرنی، راه‌حلی ساده اما هوشمندانه برای بهینه‌سازی جریان هوای توربین‌های بادی ارائه داده است که می‌تواند بازدهی آن‌ها را به طرز چشمگیری افزایش دهد.
حل مسئله‌ای که یک قرن بدون پاسخ مانده بود
دیویا تیاگی، دانشجوی مهندسی هوافضا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، موفق شد اصلاحیه‌ای مهم برای راه‌حل 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 دقیق‌تر این مسئله چالش‌برانگیز 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 می‌تواند بهره‌وری توربین‌های بادی را متحول کند؟
دیویا تیاگی با استفاده از حساب تغییرات (روشی ریاضی برای بهینه‌سازی تحت قیود خاص)، توانست جریان هوای ایده‌آل برای حداکثر تولید انرژی در توربین‌های بادی را محاسبه کند. گلائورت در کار خود فقط حداکثر ضریب توان توربین را محاسبه کرده بود (که نشان‌دهنده کارایی تبدیل باد به برق است)، اما تأثیر نیروهای کلی و گشتاور روی روتور و نحوه خم شدن پره‌ها در برابر فشار باد را نادیده گرفته بود.
اشمیتز توضیح می‌دهد:«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 توربین‌های بادی نیز باید آن را تحمل کنند.»
با راه‌حل جدید تیاگی، توربین‌ها می‌توانند فشار باد را بهتر مدیریت کرده و انرژی بیشتری تولید کنند.
افزایش تولید انرژی تنها با ۱٪ بهبود در بازدهی
تحقیقات نشان می‌دهد که افزایش تنها ۱٪ در ضریب توان یک توربین بادی بزرگ، می‌تواند میزان تولید انرژی آن را به طور قابل‌توجهی افزایش دهد و حتی برقی برای تأمین کل یک محله فراهم کند. اشمیتز:«من فکر می‌کنم این راه‌حل هوشمندانه به زودی در کلاس‌های 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 پایان‌نامه مهندسی هوافضا در میان هم‌دوره‌ای‌های خود شد. او در حال حاضر در مقطع کارشناسی ارشد مشغول مطالعه شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است و امیدوار است که پژوهش او به توسعه نسل جدید توربین‌های بادی منجر شود.
در کنار این تحقیقات، او اکنون بر مطالعه جریان هوای اطراف روتور هلیکوپتر تمرکز کرده است؛ پروژه‌ای که با حمایت نیروی دریایی ایالات متحده انجام می‌شود و هدف آن بهبود شبیه‌سازی‌های پرواز و افزایش ایمنی خلبانان است.
تیاگی در مورد این کشف گفت:«من هر هفته ۱۰ تا ۱۵ ساعت روی این مسئله و نوشتن پایان‌نامه‌ام وقت گذاشتم. این چالش ریاضی بسیار سنگین بود، اما حالا که نتیجه آن را می‌بینم، احساس غرور می‌کنم.»
این پژوهش در مجله علمی Wind Energy Science (WES) منتشر شده است.
منبع: interestingengineering
۵۸۳۲۳