Horizontal axis wind turbine rotor blade: winglet and twist aerodynamic design and optimization using CFD
Yatay eksenli rüzgar türbini rotor kanadı: Sayısal akışkanlar dinamiği (SAD) ile kanatçık ve büküm aerodinamik tasarım ve eniyilemesi
- Tez No: 285678
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM SİNAN AKMANDOR, YRD. DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 200
Özet
Bu çalışmanın ana hedefi, daha fazla güç üretmek amacıyla, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (SAD) yöntemleri kullanarak kanatçık, burkulma açısı dağılımı ve hücum açısı değerlerini eniyilemektir. Numeca Fine/Turbo yazılımının RANS çözücüsü, NREL II ve NREL VI test kanatları kullanılarak doğrulanmıştır. Sonuçlar, iki örnek için de, ölçümler ile yüksek derecede uyumluluk göstermiştir. Düşük Mach sayılı akış için iki farklı ön-şartlandırıcı uygulanmıştır. Sonuçlar, Merkle ön-şartlandırıcısının Hakimi'ye göre üstün olduğunu göstermiştir ve bu sebeple, daha sonraki benzeşimler için Merkle ön-şartlandırıcısı seçilmiştir. Buna ek olarak, farklı türbülans modelleri karşılaştırılmış ve k-? Launder ? Sharma ölçümler ile en tutarlı sonuçları sağlamıştır. Bu sebeple, daha sonraki simülasyonlar ve tasarım süreçleri için k-? Launder ? Sharma seçilmiştir. Tasarım ve eniyileme süreçlerine geçilmeden önce farklı kanatçık yapıları üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Sonuçlar, kanadın emme tarafına doğru yönlendirilmiş kanatçıkların daha yüksek bir güç çıkışına sebep olduğunu göstermektedir. Tasarım ve eniyileme süreçlerinde genetik algoritmalar ve yapay sinir ağı yöntemleri kullanılmıştır. Eniyilenmiş kanatçıklar güç çıkışında %9.5'lik bir artış gösterirken, eniyilenmiş burkulma %4'lük bir artış göstermiştir. Ayrıca, daha fazla güç çıkışı elde etmek amacıyla, stall kontrollü olan kanatlar hücum kontrollü kanada çevrilmiştir. Bu çalışmalardan elde edileneniyilenmiş kanatçık tasarımı, eniyilenmiş burkulma ve eniyilenmiş hücum açısı değerlerinin bir bileşimi kullanılarak nihai tasarıma ulaşılmıştır. Bu tasarım, güç çıkışında yaklaşık %38'lik bir artış göstermektedir
Özet (Çeviri)
The main purpose of this study is to aerodynamically design and optimize winglet, twist angle distribution and pitch angle for a wind turbine blade using CFD to produce more power. The RANS solver of Numeca Fine/Turbo was validated by two test cases, the NREL II and NREL VI blades. The results have shown a considerable agreement with measurements for both cases. Two different preconditioners have been implemented for the low Mach number flow. The results have shown the superiority of Merkle preconditioner over Hakimi one and Merkle was selected for further simulations. In addition to that, different turbulence models have been compared and the k-? Launder ? Sharma has shown the best agreement with measurements. k-? Launder ? Sharma was chosen for further simulations and for the design process. Before starting the design and optimization, different winglet configurations were studied. The winglets pointing towards the suction side of the blade have yielded higher power output. Genetic algorithm and artificial neural network were implemented in the design and optimization process. The optimized winglet has shown an increase in power of about 9.5 % where the optimized twist has yielded to an increase of 4%. Then the stall regulated blade has been converted into pitch regulated blade to yield more power output. The final design was produced by a combination of the optimized winglet, optimized twist andbest pitch angle for every wind speed. The final design has shown an increase in power output of about 38%.
Benzer Tezler
- Yatay eksenli rüzgar türbinleri için kıvrık kanat geliştirilmesi
Development of a winglet for horizontal-axis wind turbines
TOLGA GÖREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YILDIZ
- Winglets for wind turbines: An experimental study on aerodynamic performance and tip vortex behavior
Rüzgar türbinleri için kanatçıklar: Aerodinamik performans ve uç girdabı davranışı üzerinde deneysel bir çalışma
YAŞAR OSTOVAN
Doktora
İngilizce
2017
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ UZOL
- Horizontal axis wind turbine rotor desing
Yatay eksenli rüzgar türbini rotoru tasarımı
SERKAN US
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN TOLUN
- Stress analysis of the horizontal axis wind turbine rotor blades by using finite element method
Yatay eksenli rüzgar türbini rotor palalarının sonlu elemanlar yöntemi ile gerilme analizi
ERCÜMENT ALYANAK
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAMİ AKSOY
- Development of a high fidelity finite element model of a wind turbine blade via modal testing
Bir rüzgar türbini kanadının yüksek sadakatli sonlu elemanlar modelinin modal testler yardımıyla geliştirilmesi
CHADI AMER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN