Parça kanatlı savonius rüzgâr türbin performansının incelenmesi

Abstract

Dünyada hızla artan nüfus ve buna bağlı olan enerji talebinin artması insanoğlunu farklı enerji kaynaklarını kullanmaya yönlendirmektedir. Enerji arayışı ve artan çevre sorunları dünyamıza daha az zarar veren enerji kaynaklarının kullanımını ön sıralara çıkarmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları hem mevcut fosil enerji kaynaklarına bir alternatif hem de temiz bir dünya vadetmektedir. Bu çalışmada rüzgâr enerjisinin önemine dikkat çekilerek yeni bir rüzgâr türbini kanat tasarımı yapılmıştır. Bu kapsamda dikey eksenli rüzgâr türbini olan savonius tipi rüzgâr türbininin dış bükey olan kanadındaki ters direnç azaltılarak kanat performansının arttırılması hedeflenmiştir. Tasarım olarak klasik savonius modelinin kanatlarının hareketli parçalara ayrılması düşüncesinden yola çıkılmıştır. Parabolik olarak yerleştirilmiş parçalar rüzgârın yönüne göre açılıp kapanarak dış bükeydeki ters direnç azaltılmıştır. Parça kanatlar için iki farklı model tasarlanmıştır. Bu iki model klasik savonius modeli ile karşılaştırılmıştır. Deney seti üzerinde ilk önce modellerin farklı türbin konumlarına göre statik ve dinamik momentleri ölçülmüştür. Daha sonra hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizi yapan solidworks akış simulatöründe farklı türbin konumlarında statik moment hesapları yapılmış ve yapılan deneyler doğrulanmıştır. Hareketsiz türbin durumlarında yapılan deneylerde statik moment, yarı parça kanatlı modelde % 7 ve parça kanatlı model ise % 33 artış sağlanmıştır. Referans alınan ve yeni tasarımı yapılan modellerin deneysel olarak güç katsayısı karşılaştırıldığında iyileşme gözlenmektedir. Parça kanatlı tasarımında güç katsayısı 0.38 olarak bulunmuş ve diğer modellere göre %40'a yakın bir iyileştirme olduğu saptanmıştır. Deney sonuçları ile sayısal çözümleme sonuçları birbirleri ile karşılaştırıldığında sonuçlar ortalama %10 birbirine yakındır. Deneysel ve sayısal yöntemlerde değerlerin birbirlerine çok yakın çıkması yapılan performans geliştirmenin doğruluğunu göstermesi açısından önemlidir.

The rapidly increasing population in the world and the increasing demand for energy have led the human being to use different energy sources. The search for energy and the increasing environmental problems bring the use of less damaging energy sources in our world at the top of the list. Renewable energy sources offer both an alternative to existing fossil energy sources and a clean world. In this study, a new wind turbine blade design has been made by paying attention to the importance of wind energy. In this context, it has been aimed to increase the blade performance by reducing the reverse resistance in the convex blade of the Savonius type wind turbine, which is a vertical axis wind turbine. As a design, it has been thought to separate the moving parts of the blades of the classic Savonius model. The negative reverse resistance has been reduced by opening and closing the parabolically placed parts through the direction of the wind. Two different models have been designed for component blades. These two models have been compared with the classic Savonius model. On the test set, firstly the static and dynamic moments of the models have been measured according to different wheel positions. Then static moment calculations have been made at different wheel positions in the SolidWorks flow simulator, which analyses the computational fluid dynamics (CFD) and the experiments made have been verified. It has been observed that there is a 7% increase in the static moment in the half-blade model and a 33% increase in the place-blade model in the experiments performed on the static turbine status. Improvement has been observed when the experimental power coefficient of the reference and newly designed models are compared. The power coefficient in the part-blade design has been found as 0.38 and it has been determined to be improved by 40% compared to the other models. When the results of the experiment and the numerical analysis are compared with each other, the results are nearly 10% close to each other. In experimental and numerical methods, that the values are very close to each other shows the correctness of performance improvement.