Dikey eksenli rüzgar türbini kanat tasarımı ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi
Vertical axis wind turbine blade design and computational fluid dynamics analysis
Yazar: MUSTAFA SAİT CANOĞLU
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN KURT
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dikey eksenli rüzgar türbini = Vertical axis wind turbine ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines

Özet:
Artan nüfus ve gelişen teknoloji ile enerjide dışa bağımlı olan ülkemiz ve enerji ihtiyacı sürekli artan dünyamız için enerji kaynaklarının önemi her geçen gün daha da artmaktadır. Mevcut durumda enerji ihtiyacımızın çoğunu sınırlı kaynaklar olan fosil yakıtlar ile sağlamaktayız. Bu mevcut durum sürdürülebilir olmadığı için yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını ve kullanılan toplam enerjideki payını arttırmak amacıyla gerçekleştirilen bu çalışmada, yaşam alanlarına yakın yerlerde ve hatta kent merkezlerinde kolaylıkla kullanılabilen dikey eksenli rüzgar türbinlerinin (DERT) kanat tasarımına yönelik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. DERT'lerden en verimli şekilde yararlanmak için literatürde Lenz tipi kanat profili olarak geçen kanat profili referans alınarak yeni kanat profilleri tasarlanmıştır. Lenz tipi kanat profili ve yeni tasarlanan kanat profilleri üzerinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 uç hız oranlarında (TSR) ve 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 hücum açılarında sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizden elde edilen sonuçlar her bir uç hız oranında karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiş ve her bir uç hız oranı değeri için optimum kanat profilleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre 0,03 ve 0,1 uç hız oranlarında yeni tasarlanan kanat profili, bütün hücum açılarında Lenz tipi kanat profilinden daha iyi performans göstermiş ancak 0,2 uç hız oranı değerinden itibaren Lenz tipi kanat profillerinin performansının daha iyi olduğu sonucuna ulaşılmıştır.Artan nüfus ve gelişen teknoloji ile enerjide dışa bağımlı olan ülkemiz ve enerji ihtiyacı sürekli artan dünyamız için enerji kaynaklarının önemi her geçen gün daha da artmaktadır. Mevcut durumda enerji ihtiyacımızın çoğunu sınırlı kaynaklar olan fosil yakıtlar ile sağlamaktayız. Bu mevcut durum sürdürülebilir olmadığı için yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını ve kullanılan toplam enerjideki payını arttırmak amacıyla gerçekleştirilen bu çalışmada, yaşam alanlarına yakın yerlerde ve hatta kent merkezlerinde kolaylıkla kullanılabilen dikey eksenli rüzgar türbinlerinin (DERT) kanat tasarımına yönelik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. DERT'lerden en verimli şekilde yararlanmak için literatürde Lenz tipi kanat profili olarak geçen kanat profili referans alınarak yeni kanat profilleri tasarlanmıştır. Lenz tipi kanat profili ve yeni tasarlanan kanat profilleri üzerinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 uç hız oranlarında (TSR) ve 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 hücum açılarında sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizden elde edilen sonuçlar her bir uç hız oranında karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiş ve her bir uç hız oranı değeri için optimum kanat profilleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre 0,03 ve 0,1 uç hız oranlarında yeni tasarlanan kanat profili, bütün hücum açılarında Lenz tipi kanat profilinden daha iyi performans göstermiş ancak 0,2 uç hız oranı değerinden itibaren Lenz tipi kanat profillerinin performansının daha iyi olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
With the increasing population and developing technology, the importance of energy resources is increasing day by day for our country, which is dependent on foreign energy for energy, and for our world, whose energy needs are constantly increasing. Currently, we meet most of our energy needs with fossil fuels, which are limited resources. Since this current situation is not sustainable, renewable energy sources are needed. In this study, in order to increase the use of renewable energy sources and their share in the total energy used, a study on blade design for vertical axis wind turbines (VAWT), which can be easily used in places close to living areas and even in city centers, has been carried out. In order to benefit from VAWTs in the most efficient way, new wing profiles have been designed with reference to the wing profile, which is referred to as the Lenz type wing profile in the literature. With Computational Fluid Dynamics (CFD) method on Lenz type airfoil and newly designed airfoils at 0.03, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 tip speed ratios (TSR) and at 0°, 3°, 6°, 9°, 12°, 15°, 18° angles of attack, numerical analyzes were carried out. The results obtained from the numerical analysis were evaluated comparatively at each tip speed ratio and optimum airfoil profiles were determined for each tip speed ratio value. According to the results obtained, the newly designed airfoil at 0,03 and 0,2 tip speed ratios outperformed the Lenz type airfoil at all angles of attack, but the Lenz type airfoil has been reached conclusion that it is better performance at 0.2 and higher tip speed ratios.