Dikey eksenli rüzgar türbinlerinde wingletin türbin performansına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of winglet on turbine performance in vertical axis wind turbine
Yazar: MERVE UZUNOĞLU
Danışman: PROF. DR. CEM SİNANOĞLU ; PROF. DR. SELAHADDİN ORHAN AKANSU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dikey eksenli rüzgar türbini = Vertical axis wind turbine ; Kanat ucu = Winglet

Özet:
Dikey Eksenli Rüzgâr Türbinlerinin (DERT) potansiyel avantajları, rüzgâr enerjisi teknolojisinin gelişmesiyle sürekli araştırılmaktadır. DERT, Yatay Eksenli Rüzgâr Türbini (YERT) ile karşılaştırıldığında, düşük verimliliğe sahiptir. Bu nedenle, bu sorunun üstesinden gelmek için birçok DERT konfigürasyonu ve ileri teknoloji kullanılmaktadır. Literatürde bulunan pek çok araştırmada gerek uçak kanatları gerekse DERT kanatlarının ucuna yerleştirilen ve winglet adı verilen kanat ucu ekipmanlarının aerodinamik performansa olan etkisi incelenmiş ve wingletin kanatlarda oluşan uç girdap sürüklenmesini azalttığı, güç katsayısını artırdığı ve kanat performansını iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Bu çalışma kapsamında, alan (Türbin yüksekliği (H)x Türbin çapı (D)) sabit tutulup, farklı yükseklik (H)/çap (D) oranları kullanılarak, farklı hücum açılarında üç kanatlı DERT kanatları tasarlanmış ve bu kanatların uçlarına farklı açılarda yerleştirilecek olan wingletler üç boyutlu yazıcı teknolojisi ile üretilmiştir. Oluşturulan bu DERT modelleri wingletsiz ve wingletli olarak rüzgâr tünelinde test edilmiştir. Ayrıca yapılan incelemeler sonuncunda en yüksek güç katsayısına sahip wingletli DERT modelinin farklı winglet yerleştirme pozisyonları da incelenerek çalışma kapsamına dahil edilmiştir. Deneyler sonucunda wingletin DERT aerodinamik performansını iyileştirdiği, H/D oranı 0,5 olan ve 30° açı ile yerleştirilen wingletli DERT modelinin en yüksek güç katsayısına sahip olduğu ve winglet yerleştirme pozisyonuna göre iç-dış wingletli, içe dönük ve dışa dönük wingletli DERT modellerinin farklı hücum açılarında farklı oranlarda güç katsayısını artırdığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
The potential advantages of Vertical Axis Wind Turbines (VAWT) are constantly being explored with the development of wind energy technology. VAWT has low efficiency compared to Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT). Therefore, many VAWT configurations and advanced technologies are used to overcome this problem. Many studies in the literature have examined the effect of wingtip devices, called winglets which are placed at the ends of both aircraft wings and VAWT wings, on aerodynamic performance. It has been observed that the winglet reduces the tip vortex drag on the wings, increases the power coefficient and improves the wing performance. Within the scope of this study, three-wing VAWT wings with different angles of attack were created by keeping the area constant and using different height(H)/diameter(D) ratios, and the winglets to be placed at different angles on the ends of these wings were produced with 3D printing technology. These created VAWT models have been tested in the wind tunnel with and without winglet. In addition, as a result of the examinations, different winglet placement positions of the winglet VAWT models with the highest power coefficient were also examined and included in the study. As a result of the experiments, it was determined that the VAWT model with an H/D ratio of 0.5 and a winglet placed at an angle of 30° had the highest power coefficient, and It has been observed that VAWT models with one inner and one outer winglet, two inner and two outer winglets, according to the winglet placement position, increase the power coefficient at different rates at different angles of attack.