Rüzgar türbini kanadının optimal tasarımı
Optimal design of wind turbine blade
Yazar: İSMAİL AKTEPE
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUHARREM BOĞOÇLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Optimizasyon = Optimization ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Topoloji = Topology

Özet:
Enerji bugün dünya en önemli sorunlarından biri haline gelmiştir. Tükenmekte olan fosil enerji kaynakları nedeniyle dünya yeni enerji kaynakları arayışı içindedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgar eski zamanlarda sulamada, un değirmenlerinde kullanılmaktaydı. Teknolojinin ilerlemesi ile birlikte rüzgar enerjisinden elektrik üretilmeye başlanmıştır.Bu çalışmada ilk olarak rüzgar enerjisi tanıtılmış, sonrasında ise rüzgar türbini çeşitleri tanıtılmıştır. Rüzgar ile kanat ilişkisi incelenmiştir. Rüzgar gücünden maksimum faydalanmak için kanat profili büyük önem arz etmektedir. Özellikte kanat tasarımı üzerinde durulmuş ve tasarımı etkileyen faktörler açıklanmıştır.Mühendislik tasarım endüstrisinin daha hızlı ve daha kullanışlı topoloji optimizasyonu yöntemine ihtiyaç duyduğu günümüzde boyut, şekil ve topoloji optimizasyonu için evrimsel yapı optimizasyonu, basit ve etkili bir yöntem sunmaktadır. Geniş kullanım alanları, ESO'nun kullanılabilirliğini ve çok yönlülüğünü ortaya koymaktadır. ESO, yapı tasarımlarını geliştirme ve en uygun hale getirme yönünden nispeten yeni bir tasarım aracıdır. Başlangıç tasarım alanındaki elemanların bir döngü içerisinde kademeli olarak kaldırıldığı buluşsal bir yöntemdir. Uygun bir tasarım elde edilene ya da istenilen belirli bir hacme ulaşılana dek bu işlemler devam ettirilmektedir.Bu çalışmada evimsel yapı optimizasyonu yöntemine dayanan bir optimizasyon programı kullanılarak muhtelif yüklemelere ve mesnet koşullarına maruz kirişlerin en uygun tasarımları aranmıştır. Optimizasyon programı olarak topoloji optimizasyonu için özelleştirilmiş olan PARETO ACADEMIC isimli program kullanılmıştır. Yapıdaki von Mises gerilmelerini göz önünde bulundurarak gerçekleştirilen optimizasyon işlemleri sonucunda nispeten düzgün yayılı gerilme dağılımına maruz, kafes benzeri tasarımlara ulaşılmış ve elde edilen bu nihai tasarımlarda başlangıç hacmine göre %30-40?a varan oranlarda azalma görülmüştür.Son bölümde de topoloji optimizasyonunun önem ve amacı üzerinde durulmuş ve bu konuda yapılan çalışmaların sonuçlarına yer verilmiş olup sonuç kısmı ile bu çalışmanın ana amacı anlatılmıştır.

Abstract:
Currently, energy has become one of the most important problems all over the world. Due to the fossil sources decreasing day by day, people are interested in looking for new sources of energy. Ancient times of renewable energy resources, wind was used for irrigation in flour mills. With the advance of the technology, it was started to generate elektricity from the wind energy.In this study, wind turbines are explained and then the varieties of the wind turbine are represented. The relationship between airfoil and wind was examined. It is very important to use right airfoil profile Because we need to derive benfit from airfoil maximal.Engineering design industry demands faster and more practical topology optimization methods. Evolutionary structural optimization has been introduced as a simple and effective method for size, shape and topology optimization. The wide range of ESO applications have become proof of its versatility and its potential as a design tool.ESO is a relatively new design tool used to improve and optimize the design of structures. It is a heuristic method where a few elements of an initial design domain of finite elements are iteratively removed. Such a process is carried out repeatedly until an optimum design is achieved, or until a desired given area or volume is reached.In this study, an optimization program performing evolutionary structural optimization has been used and optimum design of beams under various loading and support conditions has been searched. The optimization program has been used in PARETO ACADEMIC. By the optimization progress considering von Mises stresses of the structure, relatively fully stressed and truss-like designs have been achieved and however, the final designs have shown weight saving up to 30-40% compared to the initial design.In last chapter topology optimization will be mentioned in all aspects with many cases and main aim of this study will be summarized.