NACA kanat modellerinde pürüzlülük etkisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of roughness effect on NACA turbine models
Yazar: AHMET GİRAY AKIN
Danışman: PROF. DR. ADEM ACIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Rüzgâr türbinleri başta olmak üzere akışkan ile çalışan sistemler üzerinde yer alan kanat yapısı aerodinamik performans açısından büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, NACA 0015 kanat profilinin emme yüzeyinde yüzey pürüzlülüğünün aerodinamik performansa olan etkisi incelenmiştir. Yaygın olarak kullanılan tasarım programlarından birisi olan Rhinoceros ile NACA 0015 kanat profilinin hücum kenarından farklı uzaklıklarda ve sayılarda olan modifiyeli kanatlar elde edilmiştir. Ansys Fluent paket yazılımı kullanılarak viskoz akış çözüm yöntemlerinden olan k-ε türbülans modeli ile sayısal çözüm yapılmıştır. Bu çalışmada, düşük Reynolds sayısına sahip olan (4.28x104) akış için 0° ile 35° arasında sayısal analizler yapılmıştır. Sonuçlar analiz edildiğinde K2 profili stall açısına ulaştıklarında diğer kanatlara göre daha yüksek CL sağlamıştır. Aerodinamik performans açısından değerlendirildiğinde K1 kanadı K0'den %1 ve K2 kanadından %2,5 fazladır. K0 kanat profili en yüksek CL değerine 7,5°'de ulaşırken, K1 kanadı 15° ve K2 kanadı 12,5°'de ulaşmıştır. Pürüzlü yüzeylerden dolayı K1 ve K2 kanat profili K0 profiline göre daha yüksek aerodinamik performansa sahip olduğu gözlemlenmiştir. Bununla beraber 3 boyutlu yazıcı yardımı ile elde edilen katı modeller Gazi Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Rüzgâr Tüneli Laboratuvarında yer alan rüzgâr tünelinde deneysel olarak da incelenmiştir. Deneysel ve sayısal olarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır ve örtüştüğü görülmüştür.

Abstract:
Wind blade structure is, one of the most important structural elements, has importance for wind turbines. In this study, the effects of the surface roughness on the suction side for aerodynamic performance was investigated for NACA 0015 airfoil profile. Surface roughness was created at different distances and counts from leading edge of the airfoil. Modified surfaces and smooth surface had compared each other in terms of aerodynamic performance. Rhinoceros which is one of the most used design program was used for designing the wing profile. The numerical solution was obtained from Ansys Fluent program and k-ε solution method was used which is one of the viscous flow solution method. In this study, analyses were carried out between the angle of attack 0° and 35° while our wing profile has a low Reynolds number (4.28x104). When results were analyzed, K2 has a higher lift coefficient (CL) while they are reached stall angle. In terms of aerodynamic performance, K1 is %1 higher than K0 and %2,5 higher than K2 wind blade. Unlike K0 wind blade profile has reached maximum CL at 7,5°, K1 has reached at 15° and K2 has reached 12,5°. Except for low angle of attack, it was observed that K1 and K2 wing profiles have higher aerodynamic performance than K0 wind blade profile due to the having corrugate surfaces. Furthermore, blade models have been printed out by using 3D printer purpose of wind tunnel test which is located at Gazi University Wind Tunnel Laboratory. Experimental and numerical studies are compared with each other and results are validated.