New conceptual design of horizontal axis wind turbine blade produced by rotomolding
Rotomolding tarafından üretilen yatay eksen rüzgar türbini kanatlarının yeni kavramsal tasarımı
- Tez No: 683513
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİ ACAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Uçak Mühendisliği, Energy, Polymer Science and Technology, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Bu çalışmada, küçük bir yatay eksenli rüzgar türbininin bir kanadı için yapısal ve aerodinamik analiz çalışması yapılmıştır. Kanat 4 metre uzunluğundadır ve 7 m / s rüzgar hızında 6.5 kw nominal güç üretecektir. Bıçağın, geleneksel WT bıçak kompozitleri termoset bazlı malzemeye alternatif olarak geri dönüştürülebilir bir termoplastik malzemeden üretilmesi amaçlanmıştır çünkü geleneksel olarak kullanılan fiber epoksi kompozit, bıçak maliyetini ve bıçak kullanım ömrü sona erdiğinde çevre sorunu oluşturur. Bıçak, özellikle önerilen bıçak boyutu için termoplastik ürünlerin üretimi için kolay ve maliyetli olmayan bir yöntem olduğundan rotasyonel kalıplama yöntemiyle üretilmek üzere tasarlanmıştır; termoplastik incelenen malzeme, rotasyonel kalıplamada ticari olarak kullanılan yaygın bir malzeme olduğu için HDPE'dir. Hem üretim yöntemi hem de malzeme genellikle rüzgar türbini kanadı üretimi için kullanılmaz, bu nedenle üretilebilir bir maliyet etkin kanat elde etmek için birçok zorluğun üstesinden gelinmesi gerekir. Ana zorluk, HDPE'nin mekanik özellikleriydi. Fiber epoksi kompozitlerle karşılaştırıldığında, düşük Young'ın HDPE modülü, sınırlı bir maksimum uç sapması için bıçak gereksinimi sertliğini karşılamayacaktır. Malzeme sertliği eksikliğinin üstesinden gelmek için, bıçak tasarımında atalet momentini arttırmak ve böylece bıçak sertliğini oluşturmak ve gerekli uç sapmasını karşılamak için iki düzlemli bir konfigürasyon düşünülmüştür. Kanat yapısal analiz kısmı, kanat iki düzlemi arasındaki gerekli boşluğu analitik olarak bulmak için yapılmıştır. İstenilen uç sapmasına göre uygun düzlem aralığını çözmek için Myklestad'ın yöntemine dayalı bir Matlab kodu oluşturuldu. Aerodinamik analiz kısmı, üretilen torku, gücü ve beklenen kanat rotor verimini bulmak için uç sapmasını doğrulamak ve kanat üzerindeki maksimum gerilimleri bulmak için yapıldı. Sonuçlar, önerilen bıçak tasarımı için üretilen tork ve gücün neredeyse beklendiği gibi olduğunu ve bıçak maksimum sapmasının, kabul edilebilir bir aralık olan bıçak uzunluğunun% 3 ~% 10'i dahilinde olduğunu göstermektedir. Çalışmanın sonucu, iki düzlemli tasarlanmış bir kanatta HDPE malzeme ile rotasyonel kalıplama tekniğinin kullanılmasının yüksek potansiyele sahip olduğu, ancak kanadın yorulma analizi ve dinamik analizi gibi tüm tasarım durumlarını kapsayacak daha fazla çalışma yapılması gerektiğidir.
Özet (Çeviri)
In this study structural and aerodynamic analysis study was done for a blade of a small horizontal axis wind turbine. The blade was 4 meters long and shall produce rated power of 6.5 kw at a wind speed of 7m/s. The blade was meant to be produced from a recyclable thermoplastic material as an alternative to traditional WT blade composites thermoset-based material. The traditionally used fiber epoxy composite has many drawbacks on top of them its non-recyclability the thing which increasing blade cost and makes an environmental problem at blade end-of-life disposal. The studied blade was designed to be produced by the rotational molding method as it's an easy and not costly method for thermoplastic articles production especially for the proposed blade size, the thermoplastic studied material was HDPE as it's a common commercially used material in rotational molding. Both the production method and the material are not usually used for wind turbine blade production thus many challenges needed to be overcome for achieving a producible cost effective blade. The main challenge was the mechanical properties of the HDPE. Compared to fiber epoxy composites, the low Young's modulus of HDPE will not meet the blade requirement stiffness for a limited maximum tip deflection. To overcome the material stiffness shortage, a bi-plane configuration was considered in the blade design to increase its moment of inertia and thus make up the blade stiffness and meet the required tip deflection. The blade structural analysis part was done to find analytically the required intermedial spacing distance between the blade's two planes. A Matlab code was built based on Myklestad's method to solve for the proper plane spacing according to the desired tip deflection. The aerodynamic analysis part was done to verify the tip deflection and find the maximum stresses on the blade, also to find the generated torque, power, and the expected blade rotor efficiency. The results show that for the proposed blade design the generated torque and power were almost as expected, and the blade maximum deflection was less than the acceptable range of 3% ~10% of the blade length. The study conclusion is that using a rotational molding method with HDPE material in a bi-planed designed blade is highly potential applicable, however, more studies shall be conducted to cover all design cases like fatigue analysis and dynamic analysis of the blade.
Benzer Tezler
- Mimarlıkta çevreci yaklaşımların antroposen kavramı bağlamında tartışılması
Discussion of environmental approaches in architecture with the context of anthropocene
CAN BOYACIOĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Felsefeİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLÇİN PULAT GÖKMEN
PROF. DR. NEZİH AYIRAN
- Conceptual design of unmanned aerial vehicle
İnsansız hava aracı kavramsal tasarımı
HEYZEM DOĞUKAN DELİBAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİ ACAR
- Sanatçıların yarattığı pencereler ve kapılar
Başlık çevirisi yok
ALİ BİRO
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA ÖGEL
- Kamusal alanda kimliklenme: Kürt Alevi Kadınların ilişkisel bağlamlarda kesişimsel mekân-kimlik deneyimleri
Identification in the public sphere: Kurdish Alevi Women's intersectional space-identity experiences in relational contexts
SEÇİL ASLAN COŞKUNER
Doktora
Türkçe
2024
Siyasal BilimlerGalatasaray ÜniversitesiSiyaset Bilimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMZA YÜKSEL DİNÇER