Simetrik ve asimetrik naca kanat modeli üzerinde farklı geometrik yapıların aerodinamik performansa etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of different geometric structures on aerodynamic performance on symmetric and asymmetric
Yazar: MELTEM SALMAN
Danışman: PROF. DR. ADEM ACIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Kanat modellerinin geometrik yapısı, rüzgar türbinlerinden ve hava araçlarından daha yüksek performans sağlamak için önemli bir parametredir. Bu tez çalışmasında, NACA 0015 ve NACA 4412 kanat modellerinin 14 m/s, 18 m/s ve 22 m/s olmak üzere 3 farklı hızda, kanadın üst yüzeyinde hücum kenarından 0,2c uzaklıkta kare, üçgen ve küre olmak üzere 3 farklı dimple eklenerek ve düz kanat ile dimple yapısına sahip kanatların karşılaştırılarak aerodinamik performansları sayısal olarak incelenmiştir. SOLIDWORKS CAD programı kullanılarak elde edilen kanat modellerinin çizimleri, akış analizlerini gerçekleştirmek için ANSYS FLUENT programına aktarılmıştır. Analizler 0 ile 27,5° hücum açıları arasında ve 2,5° adım aralıklarında, kanat açıklık oranı (AR) 3 iken gerçekleştirilmiştir. Analizlerde SST k-ω türbülans modeli kullanılmıştır. Kanat modellerinin veter uzunlukları (c) 10 cm olarak belirlenmiştir. Düz kanatlarda farklı hızlarda gerçekleştirilen analizler sonrasında kanat üst yüzeyine, çapı 0,1c ve yüksekliği 0,04c olan kare, üçgen ve küre çukur yapısı (dimple) eklenerek sayısal analizler yapılmıştır. Her iki kanat modeli için de, rüzgarın giriş hızı artışı aerodinamik performansı olumlu yönde etkilemiştir. Kanat modeline eklenen dimple yapıları kıyaslandığında, küre dimple yapısının diğer dimple yapılarına göre daha yüksek performans sağladığı görülmüştür. Küre dimple yapısı eklenmesiyle NACA 0015 kanat modelinin maksimum CL değeri 17° hücum açısında gerçekleşirken, kanat modeline çukur eklendiğinde 22,5° olduğu görülmüştür. NACA 4412 kanadı için ise bu değer 20°'den 22,5°'ye yükseldiği gözlemlenmiştir. Tutunma kaybı (stall) sonrasında, dimple yapısına sahip kanadın aerodinamik performansının düz kanat modeline kıyasla daha yüksek olduğu ve tutunma kaybının daha kademeli olarak gerçekleştiği belirlenmiştir.

Abstract:
The geometric structure of the airfoil is an important parameter to provide high performance from wind turbines and aircrafts. In this thesis, the aerodynamic performances of NACA 0015 and NACA 4412 airfoils were investigated numerically for 3 different speeds and dimpled airfoils. Square, triangle and spherical dimples were added on the top surface of airfoil at a distance of 0,2c from the leading edge. Drawing of airfoils obtained using SOLIDWORKS CAD program were transferred to ANSYS FLUENT program to perform flow analysis. Analyzes were performed at between 0 and 27,5° angle of attacks in an interval of 2,5°. SST k-ω turbulence model was used and chord lengths of airfoils (c) were determined as 10 cm. After analysis for flat airfoils at different speeds, numerical analysis were investigated by adding dimple with a diameter of 0,1c and a height of 0,04c. For both airfoils, the increasing wind speed had a positive effect on aerodynamic performance. When dimples added to the airfoil were compared, it was observed that the sphere dimple provided highest aerodynamic performance than other dimples. With the addition of sphere dimple, the maximum lift coefficient of the NACA 0015 airfoil increased from 17° to 22,5°. For NACA 4412 airfoil, this value changed from 20° to 22,5°. After the stall, the aerodynamic performance of dimpled airfoil was higher than that of the flat airfoil and it was observed that the stall was more gradual for dimpled airfoil.