Energy interaction of vertical axis wind turbines working in pairs
Eşli çalışan düşey eksenli rüzgâr türbinlerinin enerji etkileşimi
- Tez No: 797514
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ZİYA HAKTAN KARADENİZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Dikey eksenli rüzgar türbini, Rüzgar enerjisi, Yenilenebilir enerji, Vertical axis wind turbine, Wind energy, Renewable energy
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Rüzgar türbinlerinin birbirlerine göre pozisyonu, türbin performansı açısından önemlidir. Literatürdeki deney ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyon çalışmalarında; Düşey Eksenli Rüzgâr Türbinlerin (DERT), birim yerleşim alanı başına Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinlerine (YERT) göre daha verimli olduğu görülmüş ve eş çalışan DERT'lerin performansında ciddi artış gözlemlenmiştir. Bu tezde, H-tipi, eş çalışan, DERT'lerin hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonları yapılarak, türbinler arası enerji etkileşimi incelenmiştir. Yapılan akışkanlar dinamiği simülasyonlarını doğrulamak için tek kanatlı, tek çalışan DERT, literatürdeki çalışmalar referans alınarak modellenmiş ve farklı parametrelerde hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonları yapılmıştır. Ağdan bağımsızlık çalışmasında 4 farklı ağ yapısı kullanılarak, elde edilen sonuçlar referans çalışmayla karşılaştırılmış ve %14'e kadar sapma gözlenmiştir. Yapılan zamandan bağımsızlık çalışmasında ise 0.25 ve 0.5 derece dönüş açı artırımına karşılık gelen zaman adımları seçilerek, elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve iki zaman adımı arasında %15'e kadar sapma gözlenmiştir. Tek, çift ve üç kanatlı; tek çalışan DERT'ler, türbin içindeki kanat etkileşiminin türbinin performansına olan etkisini incelemek için birbiriyle karşılaştırılmıştır. Eş çalışan DERT'lerin birbirine olan etkisini incelemek için türbinler arası mesafeler farklı uzunluklarda (3, 4, 6, 8, 10 türbin çapı, türbin merkezinden merkezine) ve farklı uç hız oranlarında (1.7, 2.2, 3.3 ve 4.4) seçilerek, elde edilen sonuçlar, tek çalışan DERT ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; tek çalışan DERT'e eklenen her bir kanat, DERT'in daha stabil çalışmasını sağlarken, yüksek uç hız oranlarında çalışan DERT'in performansını düşürmüştür. Stabil olmayan uç hız oranlarında (<2), eş çalışan DERT'ler birbirinin akışını bozarak, tek çalışan DERT'e göre %12 daha az performans sergilemiştir. Türbinler arası mesafenin artmasıyla, türbinlerin birbirine olan etkisi azalmış ve türbinlerin performansı artmıştır. Eşli çalışan DERT'lerin maksimum performansı, %46 artışla 3.3 uç hız oranında, birbirine en yakın pozisyonda, türbinler arası 3 çap mesafede gözlenmiştir. 8 çap mesafeden sonra türbinler arası mesafenin türbinlerin performansına olan etkisi kaybolmuştur.
Özet (Çeviri)
The position of wind turbines relative to each other is important in terms of the performance of the turbines. The experiments and CFD studies in the literature have shown that Vertical Axis Wind Turbines (VAWTs) have a higher energy production per unit of land used than Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTs) and it is found that there is a performance improvement of the VAWTs when they are operated in pairs. In this thesis, CFD simulations of the H-type VAWTs working in pairs have been performed to investigate the energy interaction of the turbines. A standalone one-bladed VAWT was modelled based on the previous studies in the literature for the validation of the CFD methodology. Simulation parameters and simulation settings are compared with the reference study in the mesh independency analysis for four different mesh settings resulting in a deviation of up to %14, and in the time step sensitivity analysis for two different time steps corresponding to 0.25 and 0.5 degrees of azimuthal angle increments resulting in a deviation of up to %15. 1, 2, and 3 bladed stand-alone turbines are investigated to reveal the effect of the inter-turbine blade interaction on the energy output. A pair of co-rotating turbines configuration is analyzed at various Tip Speed Ratios (TSR) (1.7, 2.2, 3.3, 4.4) and at various distances between the turbines (3, 4, 6, 8, 10 diameters between axes) and compared with the standalone VAWT for each configuration. The results of CFD simulations show that adding blades to the standalone VAWT results in a more stable moment coefficient, but it also leads to a decrease in the power coefficient at high TSRs. The co-located turbines cause flow disruption for the VAWTs working in pairs operating at unstable TSRs (<2), resulting in a performance reduction of up to 13.5%. Increasing the distance between turbines minimize the negative effect of disruption and improves turbine performance. As the TSR increases to a stable operation, the existence of the second turbine affects the energy output of both turbines positively, with the highest performance increase of 46% observed at TSR 3.3 when the turbines were placed closest to each other at 3D. The positive effect of the neighbouring turbine decreases as the distance between the turbines increase and the impact of distance between turbines on performance vanishes for the downstream turbine at 8D.
Benzer Tezler
- Performance enhancement of a Darrieus type vertical axis wind turbine pair for different proximities and tip-speed ratios: An experimental analysis
Darrieus tipi düşey eksenli rüzgar türbini çiftinin farklı yakınlık ve uç hızı oranları ıçin performansının artırılması: Deneysel bir analiz
İSKENDER KÖKEY
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPASLAN TURGUT
- Bazı esterlerin kinetik incelenmesi ve termodinamik parametrelerin belirlenmesi
Kinetic study and detesmination of thermodnamic parameters of some esters
İBRAHİM TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEBE
- Sanayi politikaları ve planlı dönemde imalat sanayine etkileri
Başlık çevirisi yok
AHMET CAFOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
EkonomiGazi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YALÇIN EROL
- Çeltik kabuklarının yalıtım malzemesi olarak kullanılması
Başlık çevirisi yok
B.CİHAN ÇELEBİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KIRBIYIK
- Pasif güneş enerjisi sistemi ile bina ısıtılmasının ekonomik analizi
Başlık çevirisi yok
AHMET AKDENİZ