Rüzgar türbini kanadı üzerindeki akışın esneklik ile kontrolü
Control of flow over wind turbine blade with flexibilty
Yazar: HALİL HAKAN AÇIKEL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, düşük Reynolds sayılı akışlarda oluşan laminer ayrılma kabarcığı ve onun olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak için, NACA 4412 rüzgar türbini kanadı üzerinde kısmi esneklik denenmiş ve kısmi esnekliğin aerodinamik performansa etkisi araştırılmıştır. Kanat profili üzerindeki esnek membranın yeri, rijit kanat deney sonuçlarına bağlı olarak belirlenmiş ve esneklik kanadın hücum kenarından itibaren %20-%70 arasında konumlandırılmıştır. Kısmi esneklikli kanat profili, Re=2.5x104, Re=5x104 ve Re=7.5x104 için farklı deneysel yöntemler ve sayısal modelleme ile incelenmiştir. Laminer ayrılma kabarcığı, esneklik kullanılarak kontrol edilmiş ve kanat profilinin aerodinamik performansının arttığı görülmüştür. Kanat üzerinde kısmi esneklik kullanılarak L/D oranında %100 artış ve sürükleme oranında %25 azalma ile aerodinamik performans arttırılmıştır. Duman teli ve hız ölçüm deneylerinde görülen, geniş iz bölgesi kısmi esneklik ile daralmış ve akıştaki çalkantılar azalarak kanat kararlılığı artmıştır. Esnek membran ile laminer ayrılma kabarcığı etkileşmiş ve kabarcık dolayısıyla oluşan girdaplar membranın şekil değiştirmesine neden olmuştur. Ayrıca, Reynolds sayısı arttıkça kısmi esneklikli kanat üzerindeki akışın esneklikle kontrol etkisi azalmıştır. Sayısal modellemelerde deneysel verilere yakın sonuçlar elde edilmiş olup açık kaynak kodlu yazılımla akışkan-yapı etkileşimi modellemek daha mümkün olmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Akış kontrolü, akışkan-katı etkileşimi, laminer ayrılma kabarcığı, kısmen esneklik, kararsız aerodinamik

Abstract:
In this thesis, partial flexibility was tested on NACA 4412 wind turbine blade to eliminate laminar separation bubble and its negative effects at low Reynolds number flows and it was investigated on effect of aerodynamic performance. Location of the membrane on the airfoil was determined based on the experimental results of rigid airfoil (uncontrolled case or clean airfoil) and flexibility is positioned between 20% and 70% from leading-edge of airfoil. This partially flexible airfoil was investigated by different experimental methods and numerical modeling for Re = 2.5x104, Re = 5x104 and Re = 7.5x104. Laminar separation bubble was controlled by using partial flexibility and it was observed that aerodynamic performance of airfoil increased. By using partial flexibility on airfoil, aerodynamic performance was increased with 100% increase in L/D ratio and 25% reduction in drag rate. Large wake region seen in the smoke-wire and velocity measurement experiments is narrowed with partial flexibility and airfoil stability increased by decreasing the flow fluctuations. Laminar separation bubble interacted with flexible membrane and the vortices resulting from the laminar separation bubble caused membrane's shape to change. Additionally, control effect of flow on partially flexible wing reduced with the flexibility when Reynolds number increased. Numerical results have a good agreement with the experiments, and it is more possible to model fluid-structure interaction with open-source code. 

Keywords: Flow control, fluid-structure interaction, laminar separation bubble, partial flexibility, unsteady aerodynamics