Akış üzerindeki periyodik düzensizlikler tarafından üretilen titreşim ile rezonansa girerek oluşan mekanik enerjiyi elektriğe dönüştürebilen aerojeneratör tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of aerogenerators that can convert mechanical energy into electricity by resonating with vibration produced by periodic irregularities in the flow
Yazar: ÖMER BİRHAT YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA TINKIR
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve  Dinamiği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Karman girdap caddesi = Karman vortex street ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Zorlanmış titreşim = Forced vibration

Özet:
Günümüz toplumlarının en büyük ihtiyaçlarından biri hiç kuşkusuz enerjidir. Enerji, insanların yaşamlarını sürdürebilmesi ve ihtiyaçlarını karşılayabilmesi adına ele aldıkları tüm faaliyetlerde en büyük gereksinim halini aldı. Hatta su ve besin gibi temel ihtiyaçlarımızın temininde bile enerjiye bağımlıyız. Son zamanlarda enerjinin maliyetindeki artış, yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi ve önemin artmasını sağlamıştır. Yenilenebilir rüzgâr enerji sistemlerinin kullanımı, küresel ısınma ve iklimsel değişiklikler ile mücadele açısından önemli bir yer tutmaktadır. Özellikle şebeke bağlantısı olmayan kırsal bölgelerdeki küçük yerleşim alanları ve tarımsal faaliyetler için rüzgâr enerjisi dikkate alınması gereken önemli enerji kaynaklarından biridir.

      Bu çalışmada yeni bir teknoloji olan rüzgâr kaynaklı titreşim ile rezonansa girerek oluşan mekanik enerjiyi elektriğe dönüştürebilen aerojeneratör fikrinin temelleri kapsamında yapı ve geometri, enerji dönüşümü, sistematiği, malzeme ve kullanım ömrü, maliyet etkinliği, üretim kapasitesi, çevresel etkileri başlıkları çerçevesinde verilerin elde edilmesi ve sistemin limitlerinin incelenmesi üzerine çalışılmıştır. Çalışmada tasarım için farklı konfigürasyonlar da oluşturulmuş olup analizde maksimum yer değiştirmenin 0,78m olarak bulunmuştur. Yapılan iki boyutlu model analizinde Cd ve Cl değerleri hesaplanmış, Cd değerinin, -0,8 ile 0,8 değerleri arasında değiştiği sonucuna ulaşılmıştır. Cl değerinin 1.4 ile 1.51 arasında bir aralıkta olduğu bulundu ve bu Re-Cd eğrisindeki değere yakınlığı ile doğrulanmıştır. Yapılan üç boyutlu akış süresi boyunca serbest akış hızının x yönündeki ortalama hız grafiği oluşturulmuş ve grafikteki sayısal verilerle FFT aracılığıyla Güç Yoğunluğu-Frekans grafiği elde edilmiştir. Buna göre birim frekans başına düşen gücün 0.5 Hz'ten düşük frekansta yüksek olduğu görülmüştür. Ulaşılan veriler, diğer türlerine göre daha avantajlı olduğu için yaygın olarak kullanılan yatay eksenli rüzgâr türbinleri hakkında oluşturulan verilerle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar Türkiye'nin rüzgâr enerjisinin potansiyeli ve Türkiye'nin sahip olduğu enerji profilindeki yerine göre incelenmiştir.

Abstract:
One of the greatest needs of today's societies is undoubtedly energy. Energy has become the biggest requirement in all activities that people undertake to sustain their lives and meet their needs. We are even dependent on energy for our basic needs such as water and food. Recently, the increase in the cost of energy has led to an increase in interest and importance to renewable energy sources. The use of renewable wind energy systems has an important place in terms of combating global warming and climatic changes. Wind energy is one of the important energy sources to consider, especially for small settlements and agricultural activities in rural areas without grid connection.

In this study, within the scope of the fundamentals of the aerogenerator idea, which can convert mechanical energy into electricity by entering into resonance with wind-induced vibration, which is a new technology, data are obtained within the framework of structure and geometry, energy conversion, systematics, material and lifespan, cost effectiveness, production capacity, environmental effects and the system is examined. An effort was made to examine its limits. In the study, different configurations were created for the design and in the analysis, the maximum displacement was found to be 0.78m. In the two-dimensional model analysis, Cd and Cl values were calculated, and it was concluded that the Cd value varied between -0.8 and 0.8. The Cl value was found to be in a range between 1.4 and 1.51, and this was confirmed by its closeness to the value in the Re-Cd curve. During the three-dimensional flow period, the average velocity graph of the free flow velocity in the x direction was created and the Power Density-Frequency graph was obtained via FFT with the numerical data in the graph. Accordingly, it was observed that the power per unit frequency was higher at frequencies lower than 0.5 Hz. The data obtained was compared with the data created about horizontal axis wind turbines, which are widely used because they are more advantageous compared to other types. The results were examined according to Turkey's wind energy potential and its place in Turkey's energy profile.