Rüzgar türbini kanadında kambur balina kanat yapısı uygulanması ve optimizasyonu
Application and optimization of humpback whale blades in wind turbine blades
Yazar: TUNA MURAT BODUR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Balinalar = Whales ; Kanat = Wing ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Tasarım optimizasyonu = Design optimization ; Yüzgeç = Fin

Özet:
Rüzgar türbin kanatları ve insansız hava araçları üzerine yapılan çalışmaların artmasıyla kanat modellerindeki değişimlere ilgi artmaya devam etmektedir. Bu tez çalışmasında, NREL Faz II kanat modeli üzerine kambur balina yüzgeç yapısına benzer girinti ve çıkıntıların uygulanmasıyla elde edilen farklı modellerin verim araştırılması yapılmıştır. Sayısal çalışmalar öncelikle Referans Kanat ve 30 ayrı farklı model olmak üzerine toplam 31 farklı modele uygulanmıştır. Sayısal analizler ve görüntülemeler Cradle yazılımının SC-Flow ürününde yapılmıştır ve modellerin analizleri için türbülans modeli olarak k-kL-w geçiş modeli kullanılmıştır. Analiz sonuçları neticesinde kaldırma katsayısı (CL), sürükleme katsayısı (CD) ve bunlara bağlı aerodinamik performans katsayıları hesaplanmıştır. Oluşturulan 30 adet modifiyeli modelden, Model-29'un performans katsayısının (L/D) referans kanattan yaklaşık %22 daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Buna bağlı, Referans Kanat ve Model-29'un döner kanat performansları 71,98 rpm dönüş hızında ele alınmıştır. Döner kanat performanslarına göre Model-29'un performans katsayısında yaklaşık %74'lük bir artış olduğu görülmüştür. Bu model ile art iz bölgesindeki türbülanslı bölgenin hacminin küçüldüğü ve türbin ardında etkisinin referans kanada göre daha küçük olduğu görülmüştür. Performans katsayılarına etkileyen kanat dizayn parametreleri istatistik yöntemlerle hesaplanmış, girinti ve çıkıntının sayısının artması ve yerleşim yerinin performansı etkileyen en önemli parametreler olduğu görülmüştür.

Abstract:
With the rise in studies on wind turbine blades and unmanned aerial vehicles, interest in changes in wing models continues to increase. In this thesis study, the efficiency of different models obtained by applying indentations and protrusions similar to the humpback whale fin structure on the NREL Phase II blade model was investigated. Numerical studies were applied to a total of 31 different models, primarily on the Reference blade and 30 different models. Numerical analyses and imaging were performed in the ScFLOW product of Cradle software and the k-kL-w transition model was used as the turbulence model for the analysis of the models. As a result of the analysis results, lift coefficient (CL), drag coefficient (CD) and related aerodynamic performance coefficients were calculated. From the 30 modified models created, it was observed that the performance coefficient (L/D) of the Model-29 is approximately 22% higher than that of the reference blade. Accordingly, the rotary blade performances of the Reference blade and the Model-29 are discussed at a rotational speed of 71.98 rpm. According to the rotary blade performances, there was an increase of about 74% in the performance coefficient of the Model-29. With this model, it has been seen that the volume of the turbulent region in the after-track region is reduced and the effect behind the turbine is smaller than that of the reference blade. The blade design parameters affecting the performance coefficients were calculated by statistical methods, and it was found that the increase in the number of indentations and protrusions and the placement location are the most important parameters affecting the performance.