Biyomimetik ve tersine mühendislik yöntemleriyle küçük ölçekli, yatay eksenli rüzgar türbini kanat tasarımı
Small scale, horizontal axis wind turbine blade design; by using biomimetics and reverse engineering methods
Yazar: BARIŞ ARSLAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HASAN SELİM ŞENGEL
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Küresel çapta artan nüfus ve nüfusa bağlı olarak artan enerji ihtiyaçlarına çözüm bulmak amacıyla son yıllarda yapılan çalışmaların sayısı gün geçtikçe artmaktadır.  Bu çalışmaların en büyük amacı; doğaya verilen zararı en aza indirerek enerji dönüşümü sağlamaktır.  Bunun en verimli ve ekonomik yolu ise yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıdır.  Tüm bu durumlar göz önüne alındığında araştırmacıların hedefi haline gelen rüzgar enerjisi ve rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi dönüşümünü sağlayan rüzgar türbinleri, son yılların en gözde "yeşil enerji" kaynağı olarak görülmektedir. Rüzgar türbinlerinin verimlilik gelişimi, yapısal olarak uygun malzemelerin kullanılması ve aerodinamik olarak efektif tasarımların seçilmesiyle doğru orantılıdır. Bu çalışma kapsamında kanat tasarımı yapılırken, enerji dönüşümü olarak daha verimli, yapısal olarak daha dayanıklı olacağı düşünülerek, kanat mikro mimarisi sayesinde doğada maruz kaldığı aerodinamik kuvvetlere karşı dayanıklılık kazanmış Odonata takımının, nesli tükenmiş bir türü olan Stenophlebia Amphitrite kanat yapısı (Fleck and Bechly, 2003), rüzgar türbinlerinin kanat yapıları ile eşdeğer görülerek incelenmiştir. Görüntü işleme ve tersine mühendislik yöntemleri kullanılarak bilgisayar ortamında üç boyutlu hale getirilen kanat yapısı, biyomimetik yaklaşımlarla optimize edilmiş ve sonlu elemanlar metodu tabanlı mekanik analizleri yapılarak verimliliği incelenmiştir.  Bu incelemeler sonucunda, biyomimetik kanat modelinin yapısal olarak aerodinamik kuvvetlere karşı dayanıklı ve güvenilir bir şekilde çalışarak, %46 verim, 3,55 kW güç ile elektrik enerjisi dönüşümü yapabildiği tespit edilmiştir.

Abstract:
The number of researches about the globally increasing population and to finding solutions to the energy problems because of this, is constantly increasing in the last decades.  The most important purpose of these researches is to minimize the damage done to the nature by ensuring energy conversion.  The most efficient and economical way to achieve this is to use renewable energy resources.  Considering these, wind power and wind turbines convert wind energy to electrical energy which has become the focus of researchers, is seen as the most popular "green energy" resource of the last decades.  The efficiency progress of wind turbines is directly proportional to using structurally appropriate materials and choosing aerodynamically efficient designs.  In this research, considering it will be more efficient in regards to energy conversion, and more durable structurally; the wing design of Stenophlebia Amphitrite (Fleck and Bechly, 2003) which is a breed of extinct species from the Odonata order that gained endurance against aerodynamic forces it has been exposed to in nature with its micro architectural design, is analysed considering it is equivalent with the design of wind turbines.  The wing design, that has been transformed into 3D by using image processing and reverse engineering methods,  has been optimized by biomimetic approaches and finite element method based mechanical analysis.  In light of these examinations, it is seen that the biomimetic model is mechanically durable and compatible that it converts electrical energy with 46% efficiency and 3.55 kW of power.