Kanatsız rüzgâr türbini tasarımı, üretimi ve performans testleri
Bladeless wind turbine design, manufacturing and performance tests
Yazar: TAYFUN BAŞKIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KAMİL DELİKANLI
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Karman girdap caddesi = Karman vortex street ; Performans tahmini = Performance estimation ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines

Özet:
Gelişen dünya nüfusunun artmasıyla enerjiye olan ihtiyaçta günden güne artmaktadır. Bu enerji ihtiyacımızın çoğu yer altı fosil kaynaklarından elde edilmektedir. Yer altı fosil kaynaklarından petrol rezervinin 51, doğalgazın 53 ve kömürün ise 114 yıllık ömürlerinin kalmış olması, devletleri yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmaya teşvik etmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgâr enerjisi sonsuz ve kendini sürekli yenileme özelliği ve devamlılığı olan bir enerji türüdür. Bu nedenle yatırımcılar ve devletler son on yıl içinde bu alanlarda büyük gelişmeler kaydetmiştir. Fakat günümüzde en çok kullanılan sistemler klasik rüzgâr türbinleridir. Birçok insan klasik rüzgâr türbini tasarımları dışına çıkarak kendi tasarımlarını ortaya koymuş ve rüzgârdan birçok farklı yoldan elektrik üretebilmişlerdir. Bu tez çalışmasında, klasik rüzgâr türbinlerinden farklı olarak, farklı bir bakış açısıyla rüzgârdan elektrik elde etmeye yarayan sistem tasarlanmıştır. Sistem tasarımı girdap kaynaklı titreşimleri kullanarak ve salınım hareketi yaparak mikro ölçekli elektrik üretmeyi amaçlamaktadır. Tasarımda rüzgârı alan ve salınım yaparak elektrik üretecek olan gövde, silindir olarak seçilmiştir. Silindir üzerine gelen hava akış hızları Türkiye yıllık ortalama rüzgâr hızı haritasına göre 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6 ve 7 m/s seçilmiş ve deneyler Süleyman Demirel Üniversitesi Makine Mühendisliği Laboratuvarı'ndaki rüzgâr tüneli hava çıkışında yapılmıştır. Deneylerde sistemin salınım frekansı, salınım genliği ve çıkış voltajı ölçülmüştür. Deney sonuçları, rüzgâr hızının artmasıyla birlikte, sistemin salınım frekansını ve genliğini arttırdığını göstermiştir. Sistemin genliğinin ve frekansının artmasıyla birlikte sistemden elde edilen elektrik enerjisinin de arttığı gözlenmiştir. Tasarımı ve imalatı yapılan enerji hasadı sisteminin en yüksek genliğe ulaştığı ve en çok elektrik ürettiği rüzgâr hızı 7 m/s olduğu görülmüştür. Bu rüzgâr hızında en yüksek elektrik gerilimi anlık 0,57 V (AC) olarak ölçülmüştür. Yapılan tez çalışmasında, tasarımın bobin ve mıknatıslar yardımıyla girdap kaynaklı titreşimleri kullanarak elektrik enerjisi üretebileceği görülmüştür.

Abstract:
With the increase in the developing world population, the need for energy is increasing day by day. Most of this energy need is obtained from underground fossil resources. Of the underground fossil resources, the 51-year lifespan of oil reserves, 53 years of natural gas and 114 years of coal has encouraged states to use renewable energy sources. Wind energy, which is one of the renewable energy sources, is a type of energy that has the ability to renew itself endlessly and continuously. For this reason, investors and governments have made great progress in these areas in the last ten years. However, the most used systems today are classical wind turbines. Many people have come up with their own designs by going beyond the classical wind turbine designs and have been able to generate electricity from the wind in many different ways. In this thesis, a system for generating electricity from the wind is designed from a different perspective, unlike conventional wind turbines. The system design aims to generate electricity on a micro scale by using eddy-induced vibrations and oscillating motion. In the design, the body, which receives the wind and generates electricity by oscillation, is chosen as a cylinder. The air flow velocities on the cylinder were selected as 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6 and 7 m/s according to the annual average wind speed map of Turkey and the experiments were carried out at the wind tunnel air outlet of the Mech. Eng. Lab. of Süleyman Demirel University. In the experiments, the oscillation frequency, oscillation amplitude and output voltage of the system were measured. The experimental results showed that the oscillation frequency and amplitude of the system increased with the increase of wind speed. It has been observed that the electrical energy obtained from the system increases with the increase of the amplitude and frequency of the system. It was observed that the designed and manufactured energy harvesting system reached the highest amplitude and produced the most electricity at a wind speed of 7 m/s. At this wind speed, the highest electrical voltage was measured as 0.62 V (AC) instantaneously. In the thesis study, it has been seen that the design can generate electrical energy by using eddy-induced vibrations with the help of coils and magnets.