Bir savonius rüzgar türbini performansının sayısal incelenmesi ve iyileştirilmesi
Numerical investigation and improving of a savonius wind turbine performance
Yazar: İZZET ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. ADEM ACIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada rüzgar enerjisinden yararlanmak için kullanılan düşey rüzgar türbinlerinden olan Savonius rüzgar türbini analizi yapılmış olup performansını artırmaya yönelik yeni tasarımlar incelenmiştir. Klasik Savonius türbini üzerinde yapılan bir deneysel çalışma referans alınmış ve Savonius rüzgar türbininin sayısal analizi FLUENT bilgisayar programı kullanılarak yapılmıştır. Sayısal olarak yapılan çalışma referans değerler ile doğrulanmış ve daha sonra yeni tasarımlar yapılmış ve sayısal olarak bu tasarımların etkisi incelenmiştir. Yapılan bu tasarımlar da rüzgar türbini performansını iyileştirmek için klasik Savonius türbin etrafına 6 ve 8 adet yönlendirici plakalar yerleştirilmiştir. Yönlendirici levhanın adet, uzunluk ve konumunun değişimi ile Savonius rüzgar türbininin performansı hız oranı, tork ve momentum katsayıları dikkate alınarak incelenmiştir. Savonius rüzgar türbinin performansının klasik Savonius rüzgar türbinine nazaran arttığı tespit edilmiştir. Yeni tasarımlarda 6 ve 8 adet yönlendirici plakaların 30° yerleşim konumlarına göre performansa etkisi karşılaştırılmış ve 6 adet yönlendirici kullanılan yeni tasarımın daha iyi performans gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca, 6 adet yönlendirici kullanılan türbinde levhaların açısal konumlarının (20° ve 30°)  ve boyutlarının (L=90 mm ve 150 mm) etkisi incelenmiştir. 30° lik açısal konumunda ve 150 mm'lik boyutta daha fazla performans gösterdiği belirlenmiştir.  Ancak, Savonius türbin çapının yaklaşık 1/4 üne karşılık gelen 90 mm'lik levha uzunluğunun üretim maliyet açısından daha uygun olduğu düşünülmüştür. Sonuç olarak, yeni tasarlanmış Savonius türbinin, klasik türbine göre güç katsayısında ortalama % 30 değerinde artış tespit edilmiştir. Ayrıca, yeni tasarımda statik tork ve dinamik tork katsayılarında da artışlar görülmüştür.

Abstract:
In the present study, Savonius wind turbine, which is used to benefit from wind energy and one of the vertical wind turbines, has been investigated and purposed new design to raise its performance. An experimental study, which was conducted on classic Savonius wind turbine, has been referenced and Savonius wind turbine numerical analysis has been performed by using FLUENT computer program. After numerical analysis has been verified with reference values, new designs are devised and effect of these designs is investigated as a numerically. In these designs, to improve wind turbine performance 6 and 8 guidance plates are placed around of the classic Savonius wind turbine. Changing of number, length, and position of the guidance plates effect on Savonius wind turbine performance has been investigated by taking account of tip speed ratio, torque, and momentum coefficients. In new designs, it has been figured out that performance of Savonius wind turbine has increased in comparison to classical Savonius wind turbine. In new designs, 6 guidance plates have been compared with 8 guidance plates on 30° plate position in terms of performance and it has been figured out that performance of new design, 6 guidance plates have been used, is better. In addition, effect of angular position (20° and 30°) and length (L=90 mm and 150 mm) of the guidance plates has been investigated. It has been determined that better performance is obtained for 30° angular position and 150 mm length. However, 90 mm guidance plate length corresponding approximately one fourth of diameter of Savonius turbine has been considered more appropriate in terms of cost of production. As a result, it has been figured out that power coefficient of new design Savonius wind turbine has increased almost thirty percent in comparison to classical Savonius wind turbine. Besides, it is determined that static torque and dynamic torque coefficient has increased in new design.