Rüzgar türbini kanadında bütünleşik flap-girdap üretici mekanizmasının aerodinamik performansa etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of integrated flap-induction manufacturer mechanism on aerodynamic performance in the wind turbine wing
Yazar: MUSTAFA ÖZDEN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Aerodinamik = Aerodynamics ; Flap sistemi = Flap system ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Vorteks = Vortex

Özet:
Rüzgar türbinlerinin verimlerinin artırılması için birçok çalıĢma yapılmaktadır. Bu çalıĢmalar türbin kanadında aerodinamik iyileĢtirmeler, aktarma elamanlarında oluĢan kayıpların azaltılması, jeneratör verimlerinin artırılması gibi türbin üzerinde belirli elamanların iyileĢtirilmesi veya verimlerinin artırılması üzerine kurulmuĢtur. Yapılan bu tezde türbin kanatlarının aerodinamik verimlerinin artırılması üzerine çalıĢılmıĢtır. Türbin kanatlarını oluĢturan kanat profillerinin üzerine girdap üretici yerleĢtirilmiĢ ve hava araçlarında kullanılan flap mekanizması ile entegre olarak çalıĢması sağlanmıĢtır. ÇalıĢmada kanat profili üzerinde yapılan değiĢikliğin etkilerinin incelenebilmesi için NREL S809 kanat profili seçilmiĢtir. Bu profil üzerinde hiçbir değiĢiklik yapılmadan sayısal ve deneysel çalıĢmalar yapılmıĢ ve bu deneyler referans deneyleri olarak kabul edilmiĢtir. Daha sonra tasarımı yapılan bütünleĢik flap-girdap üreticili kanat üretilerek aynı Ģartlarda sayısal ve deneysel olarak Re=0.4x105, Re=0.6x105, Re=0.8x105, Re=1.2x105 sayılarında ve 0-20 hücum açılarında çalıĢmalar yapılmıĢ ve sonuçlar kıyaslanmıĢtır. BütünleĢik flap-girdap üretici mekanizmalı kanadın FLUENT‟de dinamik ağ ve UDF yardımıyla rüzgar hızına göre flap ve flaba bağlı olarak girdap üreticiyi konumlandırması ile aerodinamik olarak kanat performansını artırdığı gözlemlenmiĢtir. Bu tez çalıĢması ile türbin kanadında herhangi bir enerji harcanmadan tamamen rüzgar hızına bağlı olarak türbin stabil çalıĢacak ve türbin kanadı üzerinde oluĢan gereksiz sürükleme kuvvetinin önüne geçilecektir. Bu yapı sayesinde türbinin ömrü uzatılabilecektir.

Anahtar Kelimeler: Rüzgar türbin kanadı, flap mekanizması, girdap üretici, sayısal akışkanlar dinamiği, deneysel aerodinamik

Abstract:
Many studies are carried out to increase the efficiency of wind turbines. These studies are based on the improvement of certain elements on the turbine or increasing their efficiency, such as aerodynamic improvements in the turbine blade, reducing the losses in the transmission elements, increasing the generator efficiency. In this study, it was studied to increase the aerodynamic efficiency of turbine blades. A vortex generator is mounted on an airfoil that make up the turbine blades and it is provided to work in integration with the flap mechanism used in aircraft. In the study, NREL S809 airfoil was selected to investigate the effects of the changes on the airfoil. Numerical and experimental studies were performed on this profile without making any changes, and these experiments were accepted as reference experiments. Then, the studies were experimentally and numerically conducted by producing the airfoil with designed integrated flap-vortex generator under the same conditions with Reynolds number of Re=0.4x105, Re=0.6x105, Re=0.8x105, Re=1.2x105, angle of attacks of 0-20, and the results were compared with each other. It was observed that the airfoil with integrated
flap-vortex generator mechanism increased the airfoil performance aerodynamically by positioning the vortex generator depending on the flap and flap according to the wind speed using dynamic mesh and UDF in FLUENT. With this thesis, the turbine will work stably depending on the wind speed without consuming any energy on the turbine blade and unnecessary drag force on turbine blade will be prevented. The life of the turbine can be extended thanks to this structure.

Keywords: Wind turbine blade, flap mechanism, vortex generator, computational fluid dynamics, experimental aerodynamic