Su türbini tasarımı amaçlı sayısal yöntemler geliştirilmesi ve uygulanması
Development and application of numerical methods for design of hydraulic turbines
Yazar: HASAN AKIN
Danışman: DOÇ. DR. SELİN ARADAĞ ÇELEBİOĞLU ; DR. KUTAY ÇELEBİOĞLU
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynakları arasında en büyük paya sahip hidrolik güç elektrik   üretiminde çok verimli ve temiz bir enerji kaynağıdır. Hidrolik türbinler hidrolik   enerjiden elektrik enerjisi sağlayan turbo makinelerdir. Francis türbinleri ise   günümüzde en yaygın kullanılan hidrolik türbin tipidir. Her türbinin kendine özgü   düşü ve debi değeri olmasından dolayı türbin tasarımı terzi usulü olarak adlandırılır   ve önemli bir mühendislik çalışmasını gerektirir. Francis türbinlerinde geleneksel   tasarım yöntemi deneyler, ölçümler ve model testlerinden oluşur, fakat bu yöntem   önemli ölçüde zaman ve para gerektirmektedir. Son yıllarda bilgisayarların artan   hesaplama gücü ve gelişen sayısal yöntemler ile Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği   (HAD) türbin tasarımı sürecinde kullanılan önemli bir araç haline gelmiştir. Türbinde   meydana gelen oldukça karmaşık, türbülanslı ve üç boyutlu akış HAD yardımıyla   çözülebilmekte ve türbinin performans tahmini kolayca yapılabilmektedir. Bu   çalışmada,  literatürdeki mevcut teorik ve deneysel esaslar ile ticari HAD kodları   birleştiren bir tasarım yöntemi ile bir Francis türbinin tasarımı gerçekleştirilmiştir.   Tasarım süreci türbin bileşenlerinin ilk ölçülerinin belirlenmesiyle başlar. Türbin   içerisindeki akış HAD araçları ile incelenerek istenilen hidrolik verim ve türbin   isterleri karşılanıncaya kadar türbin üzerinde gerekli iyileştirmeler yapılır. Son   tasarımda elde edilen sonuçlar türbin performansının HAD ile doğru tahmin   edilebildiği ve oluşturulan HAD temelli tasarım yönteminin başarılı bir şekilde   çalıştığı görülmüştür.

Abstract:
Hydropower, the largest source of renewable energy, is a clean and very efficient   way to generate electricity. Hydraulic turbines are turbo machines which produce   electricity from hydraulic energy. Francis type turbines are the most common one in   use today. The design of these turbines is called tailor-made due to their unque head   and discharge and and it requires high engineering effort. Francis turbines are   traditionally designed by means of experiments, measurements and model tests, but   this process requires a great deal of time and money. Increasing computational power   of computers and developing numerical methods during the last decades,   Computational Fluid Dynamics (CFD) has become a very important tool at the   design process of hydraulic machines. CFD is able to solve complex, three-  dimensional and turbulent flows occurring in turbines and the performance of the   turbine can be easily predicted. In this study, the design of a Francis turbine is   accomplished by using a design methodology integrating theoretical and   experimental fundamentals of hydraulic machines with commercial CFD codes. The   design process begins with the selection of initial dimensions of turbine components.   Required improvements on turbine are carried out to improve the overall hydraulic   efficiency and obtain the final turbine specifications by solving the flow in the   turbine with CFD tools. The results obtained at the final design show that the   performance of a turbine can be predicted accurately and applied CFD-based design   methodology is successful at turbine design.