Kanat profilinin ve kanat sayısının kaplan türbinin performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of effects blade number and blade profilefor kaplan turbine
Yazar: KÜRŞAT ÇOBAN
Danışman: PROF. DR. NURİ YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada Avusturyalı Viktor Kaplan'ın 1913 de bulup geliştirdiği ve kendi adıyla
anılan kaplan tipi hidrolik türbinlerin piko boyuttaki verim ve performanslarının kanat
sayısı ve kanat profili ile nasıl değiştiği incelenmiştir. Hidrolik türbinler 1882'den beri
ticari olarak insanlığın elektrik ihtiyacını, suyun kinetik ve potansiyel enerjisini elektrik
enerjisine dönüştürerek karşılamaktadırlar. Yüz yılı aşkın süredir çalışan bu türbinler
zaman içerisinde geliştirilip optimize edildiler. Ancak bu türbinler akarsu havzalarında
toplanan su kütlelerin potansiyel enerjisini kullanmak amacıyla büyük ölçekli
tasarlanmaktadır. Gelişen teknoloji ve üretim yöntemleri ile bu türbinler küçülüp normal
türbinlerin kullanılamayacağı yerlerde de kullanılabileceği ön görülmektedir. Bu fikir
kapsamında en küçük boyut olan piko boyutunda kaplan türbini bu çalışmanın konusu
olarak seçilmiştir. Bu çalışma kapsamında örnek bir kaplan tipi piko türbin, bilgisayar
destekli tasarım ve analiz programı olan Ansys programının BladeGen modülünde
modellenip, hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüsü olan CFX paket programı
kullanılarak belirlenen performans analizleri yapılacaktır. Bu analizler sırasında kanat
sayısının ve kanat profilinin verim üzerindeki etkileri incelenecektir. Yapılan nümerik
analizler sonucunda kanat sayısının yediye kadar artışı türbinin performansında artış
sağlamakta olup, yedi kanattan sonra türbin performansında düşüş gözlenmektedir. Kanat
profilinin değişimi belirli sınır şartları altında türbinin performansını yüzde on altı kadar
arttırdığı ancak tüm nümerik analizler kontrol edildiğinde türbinin performansı yüzde üç
buçuk azalmaktadır. Ulaşılan bu sonuçlar piko boyutlu kaplan türbinlerinin uygun sınır
şartları altında elektrik enerjisi üretme ihtiyacını karşılayabileceğini göstermektedir.

Abstract:
Aim of this thesis is investigation of performance change with propeller profile and
propeller numbers of low head pico turbine. Hydraulic turbines have been used
commercially since 1882 for fulfill needs of mankind's electrical power with convert
kinetical and potential energy of water. Over one hundred years these turbines have been
advanced constantly. But these turbines still need big water bodies so they need to be
design and manufacture for big scales. With help of advanced technologies and production
methods these turbines may be get smaller scale and they can be useable where big
turbines couldn't. This is main idea of this thesis. At this thesis a sample of pico scale low
head Kaplan turbine will be modelled at Ansys BladeGen analyzed at and CFX Software.
Results of analysis are focused at performance change of blade profile and blade number.
Results of numerical analysis show that turbine that has seven blade performs better than
five blade about three percentage. But after seventh blade turbine performance drops
drastically. Furthermore re-shaping section of turbine blade has different effect on
performance of turbine. Re-shaped blade turbine has better performance than plain blade
turbine. Numerical analysis results shows that re-shaping of blade increases turbine
performance about sixteen percentage at optimum scenario. But overall result shows reshaped
blade turbine performs worse than plain shaped blade turbine about three
percentage. This results clearly show that pico scale Kaplan turbines may serve as clean
and renewable energy solution for low demanded situations.