Robust design simulation of a horizontal axis wind turbine
Yatay eksenli rüzgar türbini gürbüz tasarım simülasyonu
- Tez No: 845179
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ UZOL, PROF. DR. İLKAY YAVRUCUK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay 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: 174
Özet
Bu tez, rüzgar türbini kanat tasarımı için bir optimizasyon yöntemi olarak Gürbüz Tasarım Simülasyonu'nu (RDS) kullanmaktadır ve kanat aerodinamiğindeki belirsizliklere daha az duyarlı kanat geometrilerini tanımlamayı amaçlamaktadır. Çeşitli optimizasyon senaryoları, itme kuvvetinin, rotor düzlemi dışına bükülme momentinin, rotor düzleminde bükülme momentinin, eğilme momentinin ve sapma momentinin azaltılmasının yanı sıra torkun maksimuma çıkarılmasını hedefler. Ek olarak, itme, rotor düzlemi dışına ve rotor düzeleminde bükülme momentlerini içeren bir Genel Değerlendirme Kriteri (OEC) tanımlanmış ve OEC'yi en aza indiren optimize edilmiş kanat geometrisini araştırılmıştır. Amaç, özellikle kanat profili aerodinamik katsayılarındaki belirsizliklere karşı daha az duyarlı kanat şekilleri elde etmektir. Güç çıkışı, kanat kütlesi ve rotor düzlemi dışına uç sapması gibi tasarım kısıtlarının etkisini değerlendirmek için hem kısıtsız hem de kısıtlı tasarım optimizasyon senaryoları araştırılmıştır. Belirsizlik kaynaklarının etkisini değerlendirmek için gürbüz tasarımlara ek olarak, temel durumlar olarak geleneksel tasarımlar da incelenmiştir. Bu optimizasyon senaryoları, hem düzgün hem de türbülanslı giriş koşulları altında yüklerin hem ortalama hem de maksimum değer optimizasyonu için araştırılmıştır. RDS prosedürü, tasarım parametrelerinin önem seviyelerine göre taranmasını, tepki yüzey modellerinin FAST simülasyonları kullanılarak oluşturulan verilere uydurulmasını ve aerodinamik katsayılardaki belirsizlikleri temsil etmek için Monte Carlo simülasyonlarının yürütülmesini içerir. Sonuçlar, ortaya çıkan kanat geometrisinin büyük ölçüde minimizasyon veya maksimizasyon için yük seçimine bağlı olduğunu göstermektedir. Geleneksel tasarım genellikle ortalama yükleri gürbüz tasarımdan daha fazla azaltır (veya arttırır); bu, ortalama yüklerin en aza indirilmesi (veya en üst düzeye çıkarılması) ile ortalama etrafındaki değişimlerin aynı anda azaltılması arasında bir dengeyi gösterir. İtme, rotor düzlemi dışına ve rotor düzleminde bükülme momentleri ve OEC için kısıtsız optimizasyon durumlarında, aynı durumlar için kısıtlı optimizasyonlara kıyasla azaltılmış kiriş değerleri ve itme, rotor düzlemi dışına ve rotor düzleminde bükülme momentleri için artan burulma değerleri sayesinde yükler önemli ölçüde azalır. Bununla birlikte, sertlikte ortaya çıkan azalma, güç çıkışının azalmasına ve rotor düzlemi dışına uç sapmasının artmasına neden olur. Kısıtsız optimizasyonda tork değerindeki değişim, bıçak kütlesindeki artışa kıyasla küçüktür. Kısıtsız optimizasyonlarda eğim ve sapma momentleri için kanat kütlesindeki, gücündeki ve kanat yönündeki uç sapması değişiklikleri, genel bir kural olmaksızın optimizasyon senaryosuna ve tasarım yöntemine bağlıdır.
Özet (Çeviri)
This thesis employs Robust Design Simulation (RDS) as an optimization method for wind turbine blade design, aiming to identify blade geometries less sensitive to uncertainties in blade aerodynamics. Various optimization scenarios target the reduction of thrust, flapwise bending moment, edgewise bending moment, tilt moment, and yaw moment, as well as the maximization of torque. Additionally, an Overall Evaluation Criteria (OEC) is defined, incorporating torque, flapwise and edgewise bending moments, to investigate optimized blade geometry minimizing the OEC. The objective is to obtain blade shapes less sensitive to uncertainties, particularly in airfoil aerodynamic coefficients. Both unconstrained and constrained design optimization scenarios are explored to assess the impact of design constraints such as power output, blade mass, and flapwise tip deflection. In addition to robust designs, conventional designs are generated as baseline cases to evaluate the impact of uncertainty sources. These optimization scenarios are investigated for both mean and maximum value optimization of loads under both uniform and turbulent inflow conditions. The RDS procedure involves screening design parameters for their significance levels, fitting response surface models to data generated using FAST simulations, and conducting Monte Carlo simulations to represent uncertainties in aerodynamic coefficients. Results indicate that resulting blade geometry highly depends on the load selection for minimization or maximization. Conventional design generally reduces (or increases) mean loads more than robust design, which demonstrates a trade-off between minimizing (or maximizing) mean loads and reducing variations around the mean simultaneously. In unconstrained optimization cases for thrust, flapwise, edgewise bending moments, and OEC loads are significantly decreased through reduced chord values and for thrust, flapwise, and edgewise bending moments increased twist values compared to constrained optimizations for the same cases. However, the resultant reduction in stiffness leads to decreased power output and increased flapwise tip deflection. In unconstrained optimization, the change in torque value is small compared to the increase in blade mass. For tilt and yaw moments in unconstrained optimizations, changes in blade mass, power, and flapwise tip deflection depend on the optimization scenario and design method, with no general rule.
Benzer Tezler
- Geniş alanlı tesviyeli mühendislik yapılarında yüzey deformasyonlarının uydu bazlı jeodezik yöntemlerle izlenmesi
A study on monitoring of surface deformations in leveled large-surface engineering buildings using satellite based geodetic methods
ERHAN UÇAKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHMİ NURHAN ÇELİK
- Autolanding control system design with deep learning based fault estimation
Derin öğrenme tabanlı hasar tespitli gürbüz otomatik iniş kontrol sistemi
BATUHAN EROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZIM KEMAL ÜRE
- A Semi-active vibration control of washing machine suspension systems
Çamaşır makinası süspansiyon sistemlerinin yarı-aktif titreşim kontrolü
C.TARKAN TAŞPINAR
- Asansörlerde kabin kılavuz ray konsollarının sismik bölgeler için tasarımı, modellenmesi ve analizi
Design, modeling and analysis of elevator car guide rail brackets for seismic regions
ABDÜL MELİK SANCAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
- Bambu malzeme davranışına bir model olarak kabuk strüktür tasarım ve şekil optimizasyonu
Shell structure design and shape optimization as a model for material behavior of bamboo
ESRA DEMİREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEMAN FİGEN GÜL