Küçük ölçekli rüzgar türbin kanadı tasarım ve sayısal analizi

Abstract

Ülkeler, artan nüfus, refah seviyelerinin yükselmesi ve teknolojik gelişmeler nedeniyle artan enerji talebini yeryüzüne zarar vermeden, sürdürülebilir bir şekilde karşılamak amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmiştir. En önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından birisi olan rüzgar enerjisinden yararlanmak amacıyla rüzgar türbinleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada yatay eksenli rüzgar türbinlerinde enerji üretim zincirinin ilk halkası olan kanadın tasarımı aerodinamik ve mekanik açıdan ele alınmıştır. Yatay eksenli rüzgar türbinlerine ait 1 m uzunluğundaki kanadın aerodinamik ve mekanik tasarımı ile kanadın aerodinamik performans analizleri ve mekanik davranış analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan aerodinamik tasarım ve aerodinamik performans analizi çalışmalarında Düzeltilmiş Kanat Elemanı Momentum Teorisi ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğinden; mekanik tasarım ve mekanik davranış analizi çalışmalarında ise küçük ölçekli rüzgar türbinleri için Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) tarafından geliştirilen IEC 61400-2 standardı ve Sonlu Elemanlar Metodu'ndan yararlanılmıştır. Bu çalışmada ayrıca optimizasyon işlemleri de yapılmış olup düşük rüzgar hızlarında çalışmaya başlayan, anma gücü yüksek, gerekli mekanik dayanıma sahip, hafif, kanat geometrisine ait tasarım parametreleri belirlenmiştir. Daha sonra söz konusu parametreler kullanılarak kanat modeli oluşturulmuş ve kanadın aerodinamik performansı ve mekanik davranışı değerlendirilmiştir.

Due to the increasing population, rising welfare level and technological developments.Countries tend to use renewable energy sources in order to meet the increasing energy demand sustainably without harming the earth. Wind turbines are used to benefit from wind energy, one of the most important renewable energy sources. In this study, the design of the blade, which is the first component of the energy generation chain in horizontal axis wind turbines, is discussed in terms of aerodynamical and mechanical aspects. Aerodynamic and mechanical design of the blade whose length is 1 m belonging to the horizontal axis wind turbines and the aerodynamic performance analysis and mechanical behavior analysis of the blade have been performed. In the aerodynamic design and performance analysis studies, Blade Element Momentum Theory Improved and Computational Fluid Dynamics; In the mechanical design and mechanical behavior analysis studies, the IEC 61400-2 standard developed by the International Electrotechnical Commission (IEC) for small-scale wind turbines and the Finite Element Method have been used. In this study, the design parameters of the blade geometry have been determined for the turbine which have low cut-in wind speed, high rated power and light while providing the essential mechanical strength by using aerodynamical and mechanical optimization procedures.Then, the blade model have been created and the aerodynamic performance and mechanical behavior of the blade have been evaluated with help of these parameters,