Eşli çalışan Darrieus tipi düşey eksenli rüzgâr türbinlerinin deneysel ve benzetim yöntemiyle incelenmesi
Investigation of paired Darrieus type vertical axis wind turbines with experimental and simulation methods
Yazar: UFUK AKGÜL
Danışman: DOÇ. DR. ZİYA HAKTAN KARADENİZ
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzdeki enerji ihtiyacının karşılanma yöntemlerinden biri olan rüzgâr enerjisinde, rüzgâr enerji santralleri (RES) alanlarının verimli kullanılması oldukça önemlidir. Çalışma kapsamında, yatay eksenli türbinlere (YERT) göre rüzgâr yönünden bağımsızlık, türbinin arka bölgesinde akışın daha kolay toparlanması gibi bazı avantajları bulunan orta katılık oranında dört farklı katılık oranına (0,4, 0,45, 0,5 ve 0,55) sahip düşey eksenli rüzgâr türbininin (DERT) tek ve 1,3 çap mesafede eşli çalışma durumundaki performansın uç hız oranına (TSR), kanat Reynolds (Rek) ve türbin Reynolds sayısına (Ret) bağlı değişimi deneysel yöntemle incelenmiştir. Bunun için öncelikle rüzgâr tüneli tasarlanmış, türbinler üç boyutlu yazıyla imal edilmiş, deneysel sistem kurulmuş ve elektriksel tork ölçüm yöntemi geliştirilmiştir. Dört katılık oranında da eşli çalışma durumunda türbin performansı yükseldiği belirlenmiş, en büyük yükseliş %18,9 oranında 0,5 katılık oranında olmuştur. Bu katılık oranından uzaklaştıkça eşli çalışma durumundaki performansın azaldığı tespit edilmiştir. 0,45 katılık oranındaki türbin HAD yöntemiyle de incelenerek tutarlı bir yaklaşım oluşturulmaya çalışılmış ve daha düşük performans değerleri elde edilmiş olsa bile, iki boyutlu benzetimlerdeki kısıtlara rağmen yüksek türbin Reynolds sayılarında performansın uç hız oranıyla (TSR) değişim eğilimlerinin hem tek hem de eşli çalışma için test sonuçlarıyla uyumlu olduğu görülmüştür.

Abstract:
Wind energy, one of the methods for meeting today's energy needs, efficient use of wind energy farms (WEF) areas is highly important. In the scope of this study, the performance of a vertical axis wind turbine (VAWT) with medium solidity ratio, which has some advantages such as independence from wind direction compared to horizontal axis turbines (HAWT) and easier recovery of flow in the rear region of the turbine, was investigated under single and paired operation conditions at the distance of one and a half diameters. The performance change of the turbine under paired operation was examined experimentally, taking into account the tip speed ratio (TSR), blade Reynolds (Rek), and turbine Reynolds numbers (Ret). For this purpose, a wind tunnel was designed, turbines were manufactured using 3D printing, an experimental system was set up, and an electrical torque measurement method was developed. It was determined that the turbine performance increased under paired operation at all solidity ratios, with the largest increase being 18.9% at a solidity ratio of 0.5. It was observed that the performance decreased as the solidity ratio moved away from this value. The turbine with a solidity ratio of 0.45 was also analyzed using the HAD method to establish a consistent approach, although lower performance values were obtained, it was observed that the trends of performance change with tip speed ratio (TSR) were consistent with the test results for both single and paired operations at high turbine Reynolds numbers, despite the limitations of the two-dimensional simulations.