Yatay eksenli rüzgar türbin kanatlarının akışkan-yapı etkileşimi yönünden incelenmesi
Fluid-structure-interaction investigation of horizontal axis wind turbine blades
- Tez No: 373747
- Danışmanlar: PROF. DR. EMİN GÜLLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
Bu çalışmada yatay eksenli rüzgar türbin kanatları akışkan-yapı etkileşimi yönünden incelenmiştir. Çalışma iki ana tema üzerinden yürümüştür: ilki kanat geometrisinin rüzgar ile teması sonucu oluşan kuvvetleri anlamak, ikincisi ise bu kuvvetlerin kanat üzerinde yarattığı deformasyon ve gerilmeleri incelemek. Bu iki olgu akılda tutularak interaktif bir tasarım sürecine gidilmiş ve sonuçta bir rüzgar türbin kanadı hem aerodinamik hem de yapısal yönden incelenmiştir. Çalışma aerodinamik tasarımla başlamış akabinde bu tasarım ile elde edilen sonuçlar ışığında bir kanat yapısı oluşturulmuştur. Elde edilen kanat yapısının aerodinamik, yerçekimi ve merkezkaç kuvvetleri etkisi altında uğradığı deformasyon ve gerilme bilgileri ışığında hem aerodinamik hem de yapısal tasarım revize edilmiştir. Bu yolla kanadın mümkün olan en yüksek verimde olması hedeflenirken yapısal olarak da güvenli bir alanda kalınmıştır. Kanat ortalama rüzgar hızının yerden 30 m yükseklikte 7,25 m/s olduğu ortamlar için optimize edilmiştir. Bu durumun temel sebebi ülkemizin sahip olduğu rüzgar enerjisi potansiyelinin % 60 civarında bir bölümünün ortalama rüzgar hızı 7 ile 7,5 m/s olan bölgelerde toplanmış olmasıdır. Ancak kanat dönme hızı ile oynanarak farklı rüzgar hızlarında da yüksek verim elde etmek mümkündür.Kanat 2,05 m olarak tasarlanmıştır. Her ne kadar bu çalışmada temel hedef daha büyük kanat tasarlamak olsa da bu amaca sayısal çözümleyici programlarının ihtiyaç duyduğu bilgisayar donanımının eksikliği nedeniyle ulaşılamamıştır.Kanadın aerodinamik tasarımında yoğun olarak Qblade ve ANSYS CFX yazılımlarından yararlanılmış, ön tasarım Pala Elemanı Momentum Teorisine göre elde edilmiştir. Akabinde daha gelişkin bir yazılım olan Navier-Stokes çözücüsü CFX ile aerodinamik tasarım sonlandırılmıştır. CFX'den elde edilen kanat üzerindeki basınç dağılımı bilgisi bir sonlu elemanlar çözücüsü olan ANSYS Mechanical yazılımına aktarılmış ve buradan da deformasyon ve gerilme sonuçları elde edilmiştir. Yapısal tasarım aşamasında temel kiriş teorisi ile laminasyon teorisinden yararlanılmıştır. Ayrıca yine Co-Blade isimli yazılım da tasarımının ilk aşamalarında faydalı olmuştur. Elde edilen sonuçlara göre aerodinamik verimi % 40 civarında olan kanat yanlızca 8 cm uç sehim yapmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, a Fluid-Structure-Interaction investigation of horizontal axis wind turbine blades is conducted. The study is carried on two majar fields: first, understanding the generated forces as a result of interaction between the blade outer geometry and wind. Second, investigation of the deformation and stress occurring on the blade by those forces. Keeping in mind both those two aspects, a wind turbine blade is both aerodynamically and structually designed by means of an iterative process. Process has started with aerodynamic design and the results of this step with gravity and inertial forces is fed to the second step which is the structural design. Afterwards, the results of second step are taken into account to revise the whole design. By choosing that path, while keeping the aerodynamic efficiency at maximum possible, the design was kept structurally safe also. The blade is optimized for the fields where the average wind speed at a height of 30 m is 7,25 m/s. This stems from the fact that in our country % 60 of the usable wind energy potaential is available at locations where wind blows at speeds between 7 and 7,5 m/s. But it is possible to obtain high aerodynamic efficiency at different wind speeds by changing the blade rotational speed. The blade is 2,05 m long. Although this study aimed to design larger turbines, due to the lack of sufficient computer hardware which is needed by numerical solvers, a small-scale one is achieved. In the design of the aerodynamic design step, Qblade and ANSYS CFX was used. Primary design was achieved by means of the Blade Element Momentum theory. Afterwards, a higher fidelity Navier-Stokes solver CFX was used to finalize the aerodynamic design. The pressure distribution on the blade is transferred from CFX to a finite element solver ANSYS Mechanical and stress plus deformation date was achieved. In the structural design process, basic beam theory with the classical lamination theory was helpful with the use of Co-Blade program. The final design has approximately % 40 aerodynamic efficiency with a tip deflection of 8 cm.
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
- Rüzgar türbini göbeğinin yapısal tasarımı ve optimizasyonu
Structural design and optimization of wind turbine hub
SERKAN DEMİRCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Mühendislik BilimleriKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT MAKARACI
- Rüzgar türbini kanatlarında yıldırım hasarlarının üretime etkisi ve yıldırımdan korunma
Power generation effect of lightning damages on wind turbine blades and lightning protection
ÇAĞATAY BAHADIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER GÜLER
- 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 Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. SERDAR BEJİ
- Numerical simulations of wind turbine wake interactions using actuator line and LES models
Rüzgar türbini izbölgesi etkileşimlerinin aktüatör çizgi ve LES modelleri ile nümerik simülasyonu
HÜSEYİN CAN ÖNEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL HAKKI TUNCER