Rüzgâr türbini kanatlarında esnekliğin yeri ve boyunun değişimi ile akış kontrol kabiliyetinin incelenmesi
Investigation of flow control capability with changing the place and length of flexible membranes in wind turbine blades
Yazar: KEMAL KOCA
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 ; Akım ayrılması = Flow seperation ; Esnek malzemeler = Flexible materials ; Kontrol yöntemleri = Control methods ; Türbülans = Turbulence

Özet:
Bu tez çalışmasında, özellikle düşük Reynolds sayılı akışlarda laminer ayrılma kabarcığı oluşumu ve onun aerodinamik performans üzerine olumsuz etkilerini azaltmak ya da ortadan kaldırmak için, FX 84-W-150, SD7062, Clark-Y ve WASP gibi farklı kamburluk ve kalınlığa sahip 4 farklı rüzgâr türbini kanat profilleri üzerine lokal esnek malzeme uygulanmış ve lokal esnek malzeme ile yapılan pasif akış kontrol yönteminin aerodinamik performansa etkileri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Kanat profilleri üzerinde akış yapılarını görselleştirmek için duman-teli deneyi, aerodinamik katsayıları belirlemek için aerodinamik kuvvet deneyi, akış ayrılması ve kabarcık oluşumunu detaylı gözlemlemek için hot-wire deneyi sırasıyla 3.5x104, 7x104, 1.05x105, 1.4x105 Reynolds sayılarında ve farklı hücum açılarında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, Almanya'nın Münih şehrindeki Bundeswehr Üniversitesi'ne ait Aerodinamik Laboratuvarında akış kontrollü ve akış kontrolsüz FX 84-W-150, Clark-Y ve WASP rüzgâr türbini kanat profilleri için 7x104, 1.05x105, 1.4x105 Reynolds sayılarında PIV ve deformasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. FX 84-W-150 kanat profilindeki deneyler sonucunda lokal esnek malzemenin optimum yeri x/c=0.2 ile x/c=0.4 arası belirlenmiştir. Daha sonra bu lokal esnek malzemenin yeri diğer kanat profillerine uygulanmıştır. Deney sonuçları lokal esnek malzemenin daha kambur ve kalın kanat profillerinde kaldırma kuvvetini arttırdığı, ayrılma kabarcığı oluşumunu azalttığı ya da yok ettiğini göstermiştir. Daha az kambur ve ince profillerde ise belirli hücum açılarında girdap kaynaklı titreşimleri azalttığı ve bu durumun da aerodinamik ses oluşumunu hafiflettiğini göstermiştir.

Abstract:
In this thesis, 4 different airfoils with different camber and thickness such as FX 84-W-150, SD7062, Clark-Y and WASP were used in order to reduce or eliminate the formation of laminar separation bubble and its negative effects on aerodynamic performance especially in low Reynolds number flows. Local flexible material was applied on the airfoils and the effects of passive flow control method made with local flexible material on aerodynamic performance were investigated in detail. The smoke-wire experiment was employed to visualize the flow structures on the airfoils, the aerodynamic force experiment was fulfilled to determine the aerodynamic coefficients, the hot-film sensor test to observe the flow separation and bubble formation in detail were performed at 3.5x104, 7x104, 1.05x105, 1.4x105 Reynolds numbers and at different angles of attack. In addition, PIV, and deformation experiments at 7x104, 1.05x105, 1.4x105 Reynolds numbers were carried out for uncontrolled and controlled FX 84-W-150, Clark-Y and WASP airfoils at the Aerodynamics Laboratory of Bundeswehr University in Munich, Germany. As a result of the experiments on the FX 84-W-150 airfoil, the optimum location of local flexible material was determined between x/c=0.2 and x/c=0.4. Later, the location of this local flexible material was applied to other airfoils. The experimental results showed that the local flexible material increased the lift force, reduced, or eliminated the separation bubble formation in the more camber and thicker airfoils. It showed that utilizing local flexible material on less camber and thinner airfoils, it reduced eddy-induced vibrations at certain angles of attack, which alleviated aerodynamic sound generation.