Dikey eksenli bir rüzgar türbinin kanat tasarımının deneysel ve sayısal incelenmesi

Abstract

Dikey eksenli rüzgar türbininin kanat performansının deneysel ve nümerik olarak incelendiği çalışmada, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizleri ile literatürde yaygın olarak kullanılan NACA0012 kanat profili referans alınarak parametrik ve nümerik optimizasyon metotlarıyla yeni profiller geliştirilmiştir. Parametrik optimizasyonda kanat geometrisinin kamburluk ve çukurluğu sistematik olarak değiştirilerek, nümerik optimizasyonda ise kaldırma ve direnç katsayıları parametre alınarak CL/CD oranını maksimum yapacak sırasıyla NACA 0012-α ve NACA 0012-β kanat profili elde edilmiştir. Geliştirilen profiller eklemeli imalat yöntemiyle üretilmiş ve deneysel olarak 3, 4 ve 5 kanatlı türbinler için güç verileri tespit edilmiştir. NACA 0012 ve NACA 0012-β profilleri için 4 kanatlı türbinde en yüksek güç elde edilirken, NACA 0012-α profili için 5 kanatlı türbinde en yüksek güç değerine ulaşılmıştır. 4 kanatlı türbin için referans profilden %19'luk güç katsayısı elde edilirken, NACA0012-α ve NACA0012-β profillerinden sırasıyla %23 ve %29'luk güç katsayısı elde edilmiştir. Nümerik optimizasyonla türetilen kanat profili, parametrik optimizasyonla türetilen kanat profiline göre %27 daha yüksek güç katsayısı değerine ulaşmıştır

In this study, the performance of the vertical axis wind turbine's blade was examined experimentally and numerically. New profiles have been developed by using Computational Fluid Dynamics analysis. with parametric and numerical optimization methods by taking NACA0012 blade profile which is widely used in the literature as a reference. In parametric optimization, the upper and lower camber of the blade geometry was changed systematically, while in numerical optimization, the lift and drift coefficients were taken as parameter and the NACA 0012-α ve NACA 0012-β blade profiles maximizing the CL/CD ratio were obtained, respectively. Developed profiles were produced by fused deposition modelling and power data were obtained expermentally for 3, 4, and 5 blades turbines. The maximum power for NACA 0012 and NACA 0012-β profiles was obtained from 4 blade türbine while for NACA 0012-α profile the maximum power was obtained from 5 blade turbine. A 19% power coefficient was obtained from the reference profile while 23% and 29% power coefficients were obtained from NACA0012-α and NACA0012-β profiles respectively for 4 blade turbine. The blade profile obtained from numeric optimization has 27% more power coefficient from the one obtained from parametric optimization.