Profil değiştirebilen rüzgâr türbin kanadı tasarımı
Design of morphing wind turbine blade
Yazar: YALIM GÜLTEKİN
Danışman: PROF. DR. TAHİR YAVUZ
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada şekil değiştirebilen rüzgâr türbini kanadı hesaplamaları için kanat profili üzerinde gerekli olan perdovites ve çeşitli hücum açılarına göre kanat üzerinde optimizasyon çalışması yapılmıştır. Optimizasyon çalışmasında k-ε modeli ve ANSYS Fluent Adjoint Solver (Sınırdaş Çözüm) için Cl/Cd optimizasyon kullanılmıştır. Sınırdaş çözümlemeye göre kanat üzerinde oluşan değişimler incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak oluşturulan benzetim modeli Cornel Üniversitesi Confluence sitesinde bulunan profil doğrulama verileri ile doğrulama yapılmıştır. Çalışmanın devamında ise fiziken kaldırma kuvveti elde edilemeyecek simetrik kanat ve paralel akış şartı denenmiştir. Çalışmanın devamında ise kanat profilinin en iyi noktalarından biri olan 4º hücum açısı 25m/s verimi göz önünde bulundurularak kanat verimleri bu noktaya göre optimize edilmiştir. 10º hücum açısı 5m/s özelliğinden 4º hücum açısı 20m/s değerli için verim artışı ile birlikte kaldırma kuvveti katsayısında artış gözlenmiştir. 4º hücum açısı 25m/s ve 4º hücum açısı 50m/s değerine kadar olan aralıkta ise emniyet nedenlerinden ötürü kanat profili kaldırma kuvvetini azaltacak şekilde hareket etmiştir. Değişen rüzgâr hızları ve hücum açılarında verim değerini tanımlayan kaldırma kuvvet/direnç kuvvet katsayısı oranı, Cl/Cd, 13.205625 değerinde sabitlenmiş ve optimum çalışma noktasına göre şekil değişiklikleri incelenmiştir. Şekil değiştirebilen rüzgâr türbini kanadı kullanarak emniyet nedenleri ile rügar türbininin enerji üretmesi perdovites ile engellenebilirken rüzgâr türbinlerinin enerji üretebileceği rüzgâr hızı aralığı genişletilerek türbinin kapasite faktörü ve yıllık enerji üretiminde artış sağlanabilecektir.

Abstract:
In this study, an optimization study was carried out on the blade according to the active stall and various attack angles required on the wing profile for calculating wind turbine blades. In the optimization study, Cl/Cd optimization was used for the k-ε model and ANSYS Fluent Adjoint Solver anda according to the boundary analysis, changes on the wing profile were examined. The first simulation model created in the study was verified with the profile verification data available on the Cornel University Confluence site. In the continuation of the study, symmetrical wing and parallel flow condition which physically lifting force cannot be obtained have been tried. In the continuation of the study, by considering the efficiency of 4º angle of attack 25m/s, which is one of the best points of the wing profile, wing efficiency is optimized according to this point. An increase in the coefficient of buoyancy was observed with the increase in efficiency for the value of 10º attack angle 5m/s and 4º angle of attack 20m/s. In the range of 4º angle of attack up to 25m/s and 4 50 angle of attack up to 50m/s, it moved to reduce the wing profile lifting force for safety reasons. The lift / drag force coefficient ratio, which defines the efficiency value at varying wind speeds and offensive angles, is fixed at Cl/Cd, 13.205625 and is designed to change according to the optimum operating mode. For safety reasons, the wind turbine's energy generation can be prevented by perdovity by using a deformable wind turbine blade, while the wind speed range that the wind turbines can generate energy can be expanded to increase the capacity factor and annual energy production of the turbine.