Akışkan katı etkileşimlerinin titreşim üzerine etkisinin sonlu elemanlar ile analizi
Analysis of the effect of fluid-solid interactions on vibration with finite elements
Yazar: MERT HAN YILDIRIM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SAİM KURAL
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve  Dinamiği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Akışkan-katı etkileşimi hesaplamalarının mümkün olduğunca gerçeğe yakın yapılabilmesi günümüzde oldukça önem arz etmektedir. Deneysel çalışmaların maliyeti ve zorluğu göz önünde bulundurulduğunda numerik çalışmalar hem farklı tasarımlar hem yükleme koşulları açısından kolaylık ve zaman tasarrufu sağlamaktadır. Teknolojinin yaygınlaşmasıyla birlikte simülasyon ve analizler, bilgisayarlar ile daha detaylı, daha doğru ve daha hızlı yapılmaya başlanmıştır. Bazı kabuller altında sadece akışkan veya sadece katı modellenmiş sistemlerin analizleri yapılmakla birlikte, doğru modellenmesi için tam ölçekli akışkan-katı etkileşimi simülasyonları gereklidir. Bu çalışmada rüzgâr türbin kanatlarının hareketi ve deformasyonu, rüzgâr hızına ve hava akışına bağlı olarak incelenmiştir. Akışkan hareketinin türbin kanadının dinamik davranışı üzerindeki etkileri Ansys paket programı ile akışkan katı etkileşimi modellenmiştir. Akışkan hareketi CFX modülü ile gerçekleştirilmiş, sabit rüzgâr hızı durumu için gerilmeler Static Structural modülü ile hesaplanmış, Rüzgâr hızının zamana bağlı değişimleri için gerilme ve deformasyonlar Transient Structural ile elde edilmiştir. Rüzgâr hızının titreşim üzerinde etkisi ise CFX te tanımlanan özel basınç dağılımı sonucunun FFT si alınarak, Harmonic Response modül içerisinde CFD Pressure Mapping sınır koşuluna CFX teki FFT verisi girilerek hesaplanmıştır. Kanadın doğal frekansları modal modülü ile hesaplanmış ve değişken rüzgâr hızının değişim frekansının doğal frekanslara yakın olması durumunda gerilme ve deformasyonların durumu incelenmiştir.

Abstract:
It is very important today that the fluid-solid interaction calculations can be done as accurately as possible. Considering the cost and difficulty of experimental studies, numerical studies provide convenience and time savings in terms of both different designs and loading conditions With the widespread use of technology, simulations and analyzes have started to be done in more detail, more accurately and faster with computers. Under some assumptions, only fluid or only solid modeled systems are analyzed, but full-scale fluid-solid interaction simulations are required for accurate modeling. In this study, the movement and deformation of wind turbine blades were investigated depending on wind speed and air flow. The effects of fluid motion on the dynamic behavior of the turbine blades were modeled with the Ansys package program. Fluid movement was performed with the CFX module, stresses were calculated with the Static Structural module for constant wind speed, and stress and deformations were obtained with the Transient Structural for time-dependent variations of the wind speed. The effect of wind speed on vibration is calculated by taking the FFT of the special pressure distribution result defined in CFX and entering the FFT data in the CFX into the CFD Pressure Mapping boundary condition in the Harmonic Response module. The natural frequencies of the blade were calculated with the modal modulus and the state of stress and deformations was examined when the frequency of variation of the variable wind speed was close to the natural frequencies.