Dikey eksenli rüzgar türbinlerinde sayısal analiz ve rüzgar çiftliği yerleşim optimizasyonu
Numerical analysis in vertical axis wind turbines and wind farm layout optimization
- Tez No: 929690
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSA ÖZKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Yenilenebilir enerji kaynakları, modern dünyanın gerektirdiği enerji ihtiyacını çevre dostu yaklaşımlarla karşılamakta çok önemli bir role sahiptir. Bu kaynaklar içerisinde de rüzgar enerjisi çok yüksek potansiyele sahip, umut vadeden bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Rüzgarın kinetik enerjisi rüzgar türbinleri aracılığıyla faydalı enerjiye dönüştürülerek kullanılır. En yaygın tür olan 3 kanatlı yatay eksenli rüzgar türbinleri son derece verimli dönüşüm sistemleridir. Bununla beraber basitliği, düşük maliyeti, bireysel kullanıma uygunluğu ile dikey eksenli rüzgar türbinlerine de giderek artan bir ilgi meydana gelmiştir. Bu tez çalışmasında da, günümüz araştırma dünyasında kendine önemli bir yer edinmiş dikey eksenli rüzgar türbinleri üzerine araştırma yürütülmüştür. Çalışmada sabit veter uzunluğuna sahip kanatları olan bir H-Darrieus türbini incelenmiştir. İncelemeler Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile iki boyutlu, sıkıştırılamaz ve zamana bağlı akış şartları göz önüne alınarak yapılmıştır. Mevcut çalışmada öncelikle literatürde karşıt görüşlerin bulunduğu türbülans etkileri araştırılmıştır. Türbülans yoğunluğu %0-%29.2 aralığında ele alınarak türbin performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Genel anlamda türbülans yoğunluğunun artması ile türbin güç katsayısında artış olmuştur. Bununla beraber uç hız oranı 3 ve üzerinde olduğunda türbin performansında bir miktar düşüş gözlemlenmiştir. Daha sonra katılığın performans üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu aşamada türbin katılığı 0.25-3.00 arasında değiştirilmiştir. Sonuçlar katılığın artmasıyla türbin performasında düşüş meydana geldiğini göstermiştir. Diğer taraftan, yüksek katılık ile düşük uç hız oranlarında enerji üretiminin mümkün olduğu görülmüştür. Bu çalışmalara ek olarak katılık ve türbülansın ekserji verimi üzerindeki etkileri incelenmiş, güç katsayısı üzerindeki etkilerin benzeri ekserji veriminde de gözlemlenmiştir. Bu tez kapsamında ikinci ana motivasyon olan kendini başlatma karakteri - katılık ilişkisi de araştırılmıştır. Bu noktada 0.10- 3.00 aralığında katılık değerleri göz önüne alınmıştır. Sonuçlar katılığın 1.40'a kadar artmasıyla daha hızlı kendini başlatan türbinlerin elde edilebileceğini göstermiştir. Buna ek olarak katılığın artmasıyla ulaşılabilecek maksimum uç hız oranı ciddi şekilde düşmüştür. Dolayısıyla hem kendini hızlı başlatan hem de yüksek dönüş hızlarına ulaşabilen bir türbin için katılık değerinin σ ≤ 1.00 olması tavsiye edilmiştir. Mevcut tez çalışmasında son olarak dikey eksenli rüzgar türbinlerinden oluşan bir çiftlik konfigürasyonu için optimizasyon yapılmıştır. Optimizasyon aşaması iki adımda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde 3 türbinli bir çiftlik için optimum konfigürasyonun şu parametrelerde gerçekleştiği tespit edilmiştir; türbin katılıkları 1.00, birinci yatay mesafe (X1) 1.1D, ikinci yatay mesafe (X2) 1.1D ve dikey mesafe (Y) 1.5D. Bu boyutlar kullanıldığında en iyi kendini başlatma performansı ve en kompakt türbin çiftliği yapısına ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Renewable energy sources play a very important role in providing the energy needs of the modern world with environmentally friendly approaches. One of the most important renewable energy sources is wind energy. Wind turbines can capture the kinetic energy of the wind and convert it to useful energy. The most common types of wind turbines are 3-bladed horizontal axis wind turbines. Moreover, there is a growing interest in vertical axis wind turbines due to the fact that they have many advantages, such as low cost, suitability for individual usage and a simple design. A straight-bladed H-Darrieus wind turbine is numerically investigated in this thesis. The Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses are considered under two-dimensional, incompressible, and unsteady flow conditions. First, the effect of turbulence on the performance of the wind turbine is studied in a range of turbulence intensity from \%0 to \%29.2. Results show that the performance of the wind turbine increased with increasing turbulence intensity until the tip speed ratio of 2.64. It is observed that there is a slight negative effect of turbulence when the tip speed ratio is greater than 2.64. Secondly, the effect of solidity on the performance of the wind turbine is assessed for solidity values ranging from 0.25 to 3.00. It is concluded that there is a critical decrease in the performance of the wind turbine with an increase in solidity. On the other hand, wind turbines with high solidity values produce more energy at low tip speed ratios (λ ≤ 1.0). Additionally, the exergy efficiency analyses are performed for both turbulence and solidity cases. Results show that the trend of the exergy efficiency - tip speed ratio relation is similar to that of the power coefficient - tip speed ratio. The second main objective of this thesis is the investigation of the effect of solidity on the self-starting performance of the wind turbine. The range of solidity is considered from 0.10 to 3.00. It is noticed that the self-starting performance of the wind turbine is enhanced by increasing the solidity up to 1.40. Furthermore, it is suggested that the solidity of the wind turbine should be σ ≤ 1.0 to achieve both better self-starting and power generation performance. The optimization of the wind farm with vertical axis wind turbines is conducted in the final part of the thesis. A two-stage optimization is performed to realize better self-starting of the wind turbine cluster. Results reveal that the optimum wind farm configuration is achieved at the following parameters: the solidity of each turbine is 1.00, horizontal (X1, X2) and vertical (Y) distances between the turbines are 1.1D, 1.1D, and 1.5D, respectively.
Benzer Tezler
- Dikey eksenli su türbinlerinde art izi bölgesinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of the wake region of vertical axis water turbine
SERCAN YAĞMUR
Doktora
Türkçe
2021
EnerjiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FARUK KÖSE
- Numerical investigation of the effect of the blade type and the chord length on the performance of the vertival axis wind turbines
Dikey eksenli rüzgar türbinlerinde kanat tipi ve veter uzunluğunun türbin performansına etkisinin sayısal incelenmesi
ALİ MACİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
EnerjiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALPASLAN TURGUT
- Yatay eksenli sualtı akıntı türbinlerinde kavitasyon olgusunun deneysel ve lineer olmayan sayısal yöntemler ile incelenmesi
Investigation of cavitation phenomenon in horizontal axis marine current turbine by experimental and nonlinear numerical methods
MEHMET SALİH KARAALİOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR BAL
- Rüzgardan elektrik üretim sistemi tasarımı ve CFD analizleri
Wind electricity generation system design and CFD analysis
FURKAN ÇELİKKILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞABAN PUSAT
- Structural health monitoring of small-scale vertical axis wind turbine blade
Küçük ölçekli dikey eksenli rüzgar türbini kanadı yapısal sağlık incelemesi
OZAN ÖĞÜNÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsüİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRSOY TURAN