Aerodynamic simulations of wind turbine blade sections with optimized boundary layer suction flow control
Rüzgar türbini pala kesitlerinin eniyileştirilmiş sınır tabaka emme akış kontrolü ile aerodinamik simülasyonları
- Tez No: 811686
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 268
Özet
Rüzgâr türbini rotor çaplarını olabildiğince fazla elektrik üretmek için artırmak, türbinin aerodinamik verimini azaltan bazı sorunlara neden olur. Sınır tabaka emme (STE) gibi akış kontrol stratejileri bu sorun için umut verici çözümler sunar. STE, sınır tabaka içindeki düşük enerjili akışı ortadan kaldırarak kanat profili aerodinamiğini önemli ölçüde geliştirir. Bu çalışma, STE'nin rüzgâr türbini pala kesitleri üzerindeki etkisini, özellikle kök ve uç kısımlarında, HAD çözücüsü SU2 kullanarak araştırmaktadır. HAD metodolojisinin doğrulaması, birden çok deneysel test durumu ile gerçekleştirilmiş ve ardından bir çözüm ağ bağımsızlık çalışması yapılmıştır. Daha sonra deney tasarımı yöntemi ve bir eniyileme çerçevesi kullanılmıştır. İki boyutlu HAD simülasyonları, DTU 10-MW Referans Rüzgar Türbininin pala kesitlerinde gerçekleştirilmiştir. Akış kontrolü parametreleri ile kanat profili performansı arasındaki ilişkiyi analiz etmek için yanıt yüzeyleri oluşturulmuştur. Akış kontrollü kanat profili aerodinamik kuvvet katsayıları, farklı koşullar altında rüzgar türbini güç üretimi üzerindeki etkiyi değerlendirmek için bir Pala Elemanı Momentum (BEM) teorisi koduna entegre edilmiştir. Sonuçlar, STE'nin aerodinamik verimliliği önemli ölçüde iyileştirdiğini ve akış ayrımını hafifleterek daha zayıf firar kenar girdaplarına yol açtığını göstermektedir. Korelasyon analizi, farklı kanat kesitleri ve hücum açıları arasında farklılıklar olmasına rağmen, STE değişkenleri ile kanat profili-ölçekli performans arasında güçlü ilişkiler olduğunu ortaya koymaktadır. Eniyileme sonuçları, taşıma katsayısında ve taşıma-sürükleme oranında önemli artışlar olduğunu göstermektedir. Son olarak, STE'li kanat kesiti aerodinamik katsayıları ile yapılan BEM analizleri, pala elemanlarının rotor güç üretimine katkısındaki net artışı ortaya çıkarmıştır ve STE ile %3'ün üzerinde yıllık enerji üretimi artışı olabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Increasing wind turbine rotor diameters to harvest electricity as much as possible causes problems reducing the aerodynamic efficiency of the turbine. Flow control strategies, such as boundary layer suction (BLS), offer promising solutions for this problem. BLS removes low-energy flow within the boundary layer, significantly enhancing blade section aerodynamics. This study investigates the impact of BLS on wind turbine blade sections, specifically at the root and tip sections, using the CFD solver SU2. The CFD methodology is validated with multiple experimental test cases, followed by a mesh independence study. Design of Experiments methodology and an optimization framework are then employed. 2D CFD simulations are conducted on the blade sections of the DTU 10-MW Reference Wind Turbine. Response surfaces are generated to analyze the correlation between flow control parameters and airfoil performance. Airfoil polars with flow control are integrated into a Blade Element Momentum (BEM) theory code to assess the impact on wind turbine power generation under different conditions. Results demonstrate that BLS significantly improves aerodynamic efficiency and mitigates flow separation, leading to weaker trailing-edge vortices. Correlation analysis reveals strong relationships between BLS variables and airfoil-scale performance, although variations exist among different airfoils and angles of attack. Optimization results show substantial enhancements in the lift coefficient and lift-to-drag ratio. Lastly, BEM analyses with airfoil polars incorporating BLS uncover the net increase in the contribution of the blade elements to the rotor power generation and predict annual energy production gains of more than 3% with BLS flow control.
Benzer Tezler
- Rüzgâr türbini kanatlarındaki buzlanmanın türbin yüklerine etkisinin incelenmesi
Wind turbine load analysis of blade icing condition
CEM ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEP PARLAR
- Aeroelastic assessment of DTU 10 MW reference wind turbine under ice accretion conditions
Buzlanma kondisyonları altında DTU 10 MW referans turbini'nin aeroelastik değerlendirmesi
DENİZ KEPEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ UZOL
PROF. DR. SERKAN ÖZGEN
- Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin aerodinamik kapsamı ve güç belirlenmesi analizlerinde potansiyel akım yöntemleri
Aerodynamic aspects of wind energy conversion systems and potential flow methods in performance prediction analysis
ALİ ALPER AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN
- Development of a high-order Navier-Stokes solver for aeroacoustic predictions of wind turbine blade sections
Rüzgar türbini pal kesitleri için aeroakustik tahminler amacıyla yüksek mertebeli bir Navier-Stokes çözücüsünün geliştirilmesi
ÖZGÜR YALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK
- Use of detached eddy simulation for aerodynamics and aeroacoustics of blade sections
Kanat kesitlerinin aerodinamik ve aeroakustik incelenmesinde ayrık çevrinti benzetimi
KENAN CENGİZ
Doktora
İngilizce
2018
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK