Geri Dön

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

  1. Tez No: 811686
  2. Yazar: ALİ ATA ADAM
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. Rüzgâr türbini kanatlarındaki buzlanmanın türbin yüklerine etkisinin incelenmesi

    Wind turbine load analysis of blade icing condition

    CEM ŞAHİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZEYNEP PARLAR

  2. 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

    İngilizce

    2023

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZ UZOL

    PROF. DR. SERKAN ÖZGEN

  3. 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

    Türkçe

    1997

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN

  4. 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

    İngilizce

    2015

    Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK

  5. 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

    İngilizce

    2018

    Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK