چکیده: توربین‌های بادی، از سازه‌های پیچیده در مبحث شبیه‌سازی عددی جریان می‌باشند. از سوی دیگر، گسترش روزافزون کاربرد انرژی بادی در جهان، منجر به ایجاد تقاضا برای به‌کارگیری مدل‌های دقیق‌تر و با کارایی بالاتر برای شبیه‌سازی توربین‌ها ‌شده است. هدف این تحقیق، کاهش هزینه های محاسباتی شبیه سازی توربین های بادی با بهره گیری از مدل خط عملگر و نیز شناخت عوامل موثر بر شبیه سازی در این روش و در نهایت ارتقا مدل پایه است. در این پژوهش، با پیاده‌سازی روش خط عملگر در نرم‌افزار متن باز اپن فوم و نیز با استفاده از روش توزیع بیضوی جهت توزیع نیروی اعمالی بر خطوط عملگر، مدل‌سازی توربین بادی آزمون تجربی مکزیکو انجام شده است. روش خط عملگر، یکی از دقیق‌ترین مدل‌ها جهت تحلیل میدان جریان و پسبادهای جریان آشفته می‌باشد که نیاز به حل جریان در داخل لایه‌مرزی ندارد و به همین دلیل نسبت به مدل روتور کامل کارایی بیشتری دارد. در این روش می‌توان با دقت بالایی به مدل‌سازی اثرات یک توربین در جریان باد بدون نیاز به ساخت مدل هندسی از روتور توربین و فقط با استفاده از پارامترهای توربین پرداخت. همچنین به‌منظور تحلیل میدان جریان اطراف توربین و میدان پسبادها در پشت روتور، از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ استفاده شده است. شبیه سازی برای شرایط طراحی توربین یعنی سرعت ورودی (m/s)15 و حالت جریان مستقیم صورت گرفت. به‌صورت کلی، در روند تخمین نتایج، همگرایی نسبتا خوبی بین آزمون تجربی و شبیه سازی صورت گرفته مشاهده شد و خصوصیات اصلی جریان به‌درستی ثبت و محاسبه شدند. پیش بینی میدان سرعت پسبادها با استفاده از شبکه بندی بهبود یافته در اطراف روتور نسبت به حالت شبکه بندی یکنواخت با دقت بالاتری انجام شد و نتایج خطای کمتری داشت. بیشترین میزان بهبود نتایج، مربوط به حالت سرعت در راستای طولی جریان و به میزان %17 بود. استفاده‌ از داده‌های اصلی و اصلاح نشده هوابرها، همچنین ساده سازی های انجام شده برای نواحی انتقالی بین آن ها در طول پره، منجر به عدم تطابق کامل نتایج مشخصات عملکردی پیش بینی شده با مقادیر آزمون تجربی شد. به طوریکه مدل پیاده سازی شده، ضریب توان خروجی، گشتاور و نیروی رانش توربین را کمی بیش تر از مقدار آزمون تجربی پیش بینی کرد. این مقادیر برای کمیت های فوق به ترتیب %1.1، %10.3 و %9.9 بود. نیروهای عمودی و مماسی اعمال شده بر پره ها در ناحیه خارجی پره، مقداری بزرگتر از نتایج آزمون تجربی داشتند که این امر در فرآیند بازگشتی حل معادلات مومنتم، بر افت تکانه پسبادها تاثیر مستقیم داشت. هرچند اعمال تغییراتی همچون افزایش تعداد المان های خطوط عملگر، کاهش اندازه شبکه بندی و استفاده از توزیع نیروی بیضوی منجر به بهبود نتایج به خصوص در ناحیه نوک پره شد، ولی مدل همچنان مقداری بیش‌ازاندازه واقعی برای موارد فوق پیش بینی کرد. بیشترین میزان بهبود نتایج برای نیروهای عمودی و مماسی به ترتیب %15 و %6.57 بود. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی توسط دو مدل خط عملگر پایه و خط عملگر با توزیع بیضوی نشان داد، نمی توان پارامتر عرض تصویر نیرو را طبق مدل پایه تنها بر اساس اندازه شبکه بندی مساله انتخاب نمود، بلکه بمنظور افزایش دقت محاسبات باید در فرآیند تعیین آن فاکتور طول وتر پره را نیز لحاظ کرد. این نتیجه، بر اساس دو واقعیت که اولا، تعیین عرض تصویر نیرو بر اساس طول وتر پره، نتایجی نزدیکتر به آزمون تجربی داشت؛ ثانیا، تعیین عرض تصویر نیرو تنها بر اساس اندازه شبکه-بندی، این واقعیت که آیا توزیع نیروهای اعمالی روی پره، منطبق با هندسه واقعی آن انجام شده است را تضمین نمی کند، بدست آمد. در نهایت، با توجه به نتایج شبیه سازی صورت گرفته مشاهده شد، مدل خط عملگر همراه با توزیع نیروی بیضوی، به خوبی توانست میدان جریان پسبادهای پشت روتور و پارامترهای عملکردی توربین را تخمین بزند و در مبحث شبیه سازی توربین های بادی، به-عنوان یک روش کارا مورد استفاده قرار بگیرد.