Numerical investigation of the effect of the blade type and the chord length on the performance of the vertival axis wind turbines
Dikey eksenli rüzgar türbinlerinde kanat tipi ve veter uzunluğunun türbin performansına etkisinin sayısal incelenmesi
- Tez No: 410575
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALPASLAN TURGUT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Dikey eksenli rüzgâr türbinleri, yatay eksenliler gibi rüzgâr enerjisini elektrik enerjisine çevirirler. Ancak dikey eksenli türbinlerin bazı farklılıkları ve avantajları vardır. Kararsız ve türbülanslı akışların görüldüğü şehir içerisinde de verimli olarak kullanılabilirler ve her yönden gelen rüzgâr ile çalışabilirler. Türbin performansına etkiyen en önemli etkenlerden biri de kanat aerodinamiğidir. Kanat aerodinamiği de kanat profilinin şekline, sayısına, boyutuna ve rotor çapına bağlıdır. Bu parametreler H-Darrieus dikey eksenli rüzgar türbini tasarımı ve üretimi için önemli parametrelerdir. Bu tezde ilk olarak kararlı durumda, farklı kanat tiplerinin hücum açıları değiştirilerek performansa etkisi FLUENT 6.3 ile incelenmiştir. İkinci olarak da üç kanatlı bir dikey eksenli türbinin veter uzunluğu-rotor çapı oranı değiştirilerek kanatların birbirlerine yakınlık veya uzaklığının performansa etkileri de ANSYS-FLUENT 14 ile incelenmiştir. Tezin ilk kısmında NACA 0012, 0018, 0021, 0024 profilleri 0, 3, 6, 9, 12, 16 derece hücum açılarında analiz edilmiştir. Analizler, hücum açısının belirli bir noktaya kadar artmasıyla tüm kanat profilleri için kaldırma katsayılarının da artmasına neden olduğunu göstermiştir. Ancak bu artış 12, 16 derece hücum açılarında sürükleme katsayısında daha fazla olmaktadır. Bu da aerodinamik performansı düşüren bir etkendir. Analizlerde, profillerde kalınlık azaldıkça, yani NACA 0024'ten 0012'ye doğru, kaldırma katsayısının diğerlerine göre daha fazla olduğunu görülmüştür. Ayrıca kaldırma kuvveti ve sürükleme kuvvetinin birbirine oranına da bakıldığında NACA 0012'nin aerodinamik performansı daha yüksek bulunmuştur. Ancak, ince kanat profiller yapısal açıdan zayıf olabileceğinden, üç kanatlı türbin analizleri için NACA 0018 kanat profili seçilmiştir. Tezin ikinci kısmında; NACA 0018 kanat profilinin 0,3; 0,6; 0,8 ve 1,2 veter uzunluğu-rotor çapı oranı değerlerinde farklı kanat uç hız oranlarında güç katsayıları bulunmuştur. Buna göre en yüksek güç katsayısına 0,56 değerine 0,8 veter uzunluğu-rotor çapı oranı ve 2,25 kanat uç hızı oranında ulaşılmıştır. En geniş aralıkta iyi performans gösteren veter uzunluğu-rotor çapı oranı ise 0,3 olarak bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Vertical axis wind turbines (VAWT) convert the wind energy into the electrical energy like horizontal axis wind turbines. But there are some differences and also advantages. VAWTs can be used in urban areas where flow behavior is mostly turbulent and unsteady. They can work with wind from all directions. Airfoil aerodynamic is one of the important factors that affect the performances of the VAWTs. Airfoil aerodynamic is depend on blade shape, blade number, chord length and rotor diameter. These parameters are important for designing and producing an H-Darrieus VAWT. In this thesis; at first, different blade types were analyzed by changing the angle of attack at steady state with FLUENT 6.3. Secondly; the performance of a three bladed VAWT was analyzed with ANSYS-FLUENT 14.0 by changing the chord length and the rotor diameter of the turbine. In the first part of the thesis, NACA 0012, 0018, 0021 and 0024 airfoils were analyzed at 0, 3, 6, 9, 12 and 16 degree angle of attacks. The analyses have shown that the increase at angle of attack causes an increase in the lift coefficient until a certain angle for all airfoil types. But, it was found that the increment was more significant for the drag coefficient at 12, 16 degree angle of attacks. This is a factor that decreases the performance. It is understood from the analyses that NACA 0012 creates more lift in comparison to NACA 0018, 0021 and 0024. Also, the ratio between the lift and the drag is higher than the other profiles for NACA 0012. The aerodynamic performance of NACA 0012 is better than the other airfoils, but thin airfoils can be structurally weak. So NACA 0018 was chosen for the three bladed turbine analyses. After completing the preliminary analyses; the power coefficients were found for NACA 0018 airfoil at 0.3, 0.6, 0.8, 1.2 solidities and different tip speed ratios. Maximum power coefficient was found to be 0.56 at 0.8 solidity and 2.25 tip speed ratio. The widest range of power coefficient was found at 0.3 solidity.
Benzer Tezler
- Radyal fanlarda karma kanat geometrisinin fan performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of mixed blade geometry on fan performance in radial fans
HALİL KARTAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiAmasya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT UĞUR
DR. ÖĞR. ÜYESİ KORHAN ÖKTEN
- Eksenel gaz türbini kanat ucu geometrisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile aerotermal tasarımı
Aerothermal design of axial gas turbine blade tip using computational fluid dynamics
CEM BERK ŞENEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Biyogaz reaktöründeki karıştırıcının türbülanslı akış koşullarında sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the mixer in the biogas reactor under turbulent flow conditions
AHMET FIRAT ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ TURGUT
- Boru içerisine yerleştirilen farklı tip türbülatörlerin ısıl performans karakteristiklerinin sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of the thermal performance characteristics of different types of turbulators placed in the pipe
TAHA TUNA GÖKSU
Doktora
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RASİM BEHÇET
DOÇ. DR. İBRAHİM HALİL YILMAZ
- Eksenel bir fanın sayısal gürültü modelinin oluşturulması ve fan kapağı boşluk geometrisinin ses yayılımına etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Numerical noise modelling of axial fan and experimental investigation of effect of fan cover gap geometry on sound radiation
İSMAİL KONUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VAHİT MERMERTAŞ