Yatay rüzgar türbininde farklı parametrelerin sonlu elemanlar yöntemi ile mekanik performansa etkisinin incelenmesi
Investi̇gati̇on of the effects of di̇fferent parameters on the mechani̇cal performance of a hori̇zontal-axi̇s wi̇nd turbi̇ne usi̇ng the fi̇ni̇te element method
- Tez No: 1025828
- Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN BİCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kırıkkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, yatay eksenli bir rüzgâr türbini kanadının farklı akış ve malzeme parametreleri altında mekanik performansı sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Kanat geometrisi SolidWorks ortamında üç boyutlu olarak modellenmiş ve elde edilen geometri ANSYS STUDENT Workbench arayüzüne aktarılmıştır. Aerodinamik analizler ANSYS STUDENT Fluent modülünde gerçekleştirilmiş; farklı rüzgâr hızları (3, 7, 10 ve 12 m/s) ve hücum açıları (−5°, 0°, +5° ve +10°) için kaldırma katsayısı () ve sürükleme katsayısı () elde edilmiştir. Workbench üzerinden elde edilen aerodinamik katsayılar kullanılarak, kanat üzerine etkiyen kaldırma ve sürükleme kuvvetleri klasik aerodinamik bağlantılar yardımıyla hesaplanmış ve bu kuvvetler mekanik analizlerde yük girdisi olarak kullanılmıştır. Böylece aerodinamik analizlerden elde edilen sonuçlar, statik yapısal analizlere aktarılmıştır. Yapısal analizler kapsamında Epoksi E-Glass kompozit (GFRP) , Alüminyum 7075-T6, Alüminyum-Lityum alaşımı ve CFRP T700 malzemeleri için toplam deformasyon, eşdeğer (Von Mises) gerilme, eşdeğer elastik şekil değiştirme ve kayma gerilmesi dağılımları incelenmiştir. Sonuçlar, artan rüzgâr hızı ve hücum açısına bağlı olarak kanat üzerinde oluşan deformasyon ve gerilme değerlerinin düzenli bir şekilde arttığını göstermiştir. En yüksek deformasyonların kanat uç bölgesinde, maksimum gerilmelerin ise kanat kök bölgesinde yoğunlaştığı belirlenmiştir. Farklı malzemeler arasında yapılan karşılaştırmada, kompozit malzemelerin daha yüksek deformasyon değerlerine sahip olmasına karşın düşük yoğunlukları sayesinde yapısal açıdan avantaj sağladığı; alüminyum esaslı malzemelerin ise daha düşük deformasyon ve daha rijit bir davranış sergilediği görülmüştür. Bu çalışma sonucunda, aerodinamik yüklerin malzemeden bağımsız olduğu, ancak bu yükler altında oluşan mekanik tepkilerin tamamen malzeme özelliklerine bağlı olarak değiştiği ortaya konmuştur. Elde edilen bulgular, rüzgâr türbini kanat tasarımında uygun malzeme seçiminin mekanik performans üzerindeki kritik etkisini açıkça göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, the mechanical performance of a horizontal-axis wind turbine blade under different flow and material parameters was investigated using the finite element method. The blade geometry was designed as a three-dimensional model in SolidWorks and then imported into the ANSYS STUDENT Workbench environment. Aerodynamic analyses were carried out using ANSYS STUDENT Fluent, and lift () and drag () coefficients were obtained for different wind speeds (3, 7, 10, and 12 m/s) and angles of attack (−5°, 0°, +5°, and +10°). Using the calculated aerodynamic coefficients, lift and drag forces acting on the blade were determined through classical aerodynamic equations and applied as loading conditions in static structural analyses. In this way, the aerodynamic analysis results were successfully coupled with the structural analyses. Structural simulations were performed for Epoxy E-Glass composite (GFRP), Aluminum 7075-T6, Aluminum-Lithium alloy, and CFRP T700 materials. Total deformation, equivalent (Von Mises) stress,equivalent elastic strain, and shear stress distributions were evaluated for each material. The results indicate that increasing wind speed and angle of attack lead to a systematic increase in deformation and stress values on the blade. Maximum deformation was observed at the blade tip, while the highest stress concentrations occurred near the blade root region. The comparative evaluation revealed that composite materials exhibit higher deformation levels due to their lower stiffness but provide significant advantages in terms of weight reduction. In contrast, aluminum-based materials demonstrated lower deformation values and a stiffer structural response. Overall, the study confirms that aerodynamic loads are independent of material properties, whereas the resulting mechanical responses are strongly influenced by material characteristics. The findings highlight the critical role of material selection in the mechanical performance and structural integrity of wind turbine blades.
Benzer Tezler
- Kuyruk yeli enerjisi kullanılarak düşey eksenli rüzgar türbin çiftliği geliştirilmesi
Development of a vertical axis wind turbine farm by using wake energy
AHMETCAN ETYEMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ
- Representation of a multidisciplinary scenario for offshore upstream, wind projects and application of Monte Carlo simulation on evaluation of feasiblity
Denizde petrol ve rüzgar projelerinin farklı meslekli disiplinler içeren bir çerçeve dahilinde tartışılması ve Monte Carlo metodu ile fizibilite değerlendirmesi
MAHMUT ERBİL SOYLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL HAKKI HELVACIOĞLU
- 1 kW gücünde, difüzörlü yatay eksenli bir rüzgâr türbininin optimizasyonu ve deneysel incelenmesi
Optimization and experimental study of a horizontal axis wind turbine with diffuser with 1 kW power
GÖKHAN ÇEVİKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHSİN ENGİN
- Structural analysis of wind turbine blades due to thrust force and the use of blade element-momentum method
Rüzgâr türbin kanatlarının itme kuvveti etkisi altında yapısal analizi ve kanat elemanı-momentum yönteminin kullanımı
ALBARA EMAD ABDULRAHEEM SALEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. SERDAR BEJİ
- Incipient fault detection in wind turbines
Rüzgar türbinlerinde gelişmekte olan hata öngörüsü
AYŞE GÖKÇEN KAVAZ TAŞKINER
Doktora
İngilizce
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BARUTÇU