Hava akış kanallı kanat tasarımının S-rotor Savonius rüzgar türbini performansı üzerine etkisinin incelenmesi = Investigation of the effects of the airflow ducted vent design on the performance of the S-rotor Savonius wind turbine

Abstract

Günümüzde enerjiye olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Fosil yakıtların ömrü sınırlıdır ve çevreye olan zararı çok fazladır. Yenilenebilir enerji kaynağı olan rüzgâr enerjisi ele alınmıştır. Rüzgâr enerjisini kullanılabilir hale getirebilmek için türbin çeşitlerinden savanius rüzgâr türbini seçilmiştir. Bu türbinin seçilmesinin sebebi; ilk hareket motoruna ihtiyaç duymadan düşük rüzgâr hızlarında da devreye girebilmesi, rüzgâr yönünden bağımsız olması, bakım ve onarım maliyetinin düşük olması ve basit geometriye sahip olduğu için üretim maliyetinin düşük olmasıdır. Bunun yanı sıra, dikey eksenli rüzgâr türbinleri estetik görüntüleri ve yatay eksenli türbinlere kıyasla daha sessiz çalışmalarından dolayı yerleşim yerlerinde de kullanılabilmesi önemli bir artı olmakla birlikte, verimlerinin düşük olması yaygın kullanımları hususunda kısıtlayıcı bir etken olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada; s-rotor savanius rüzgâr türbininin verimini arttırmak için hava kanalları kullanılmıştır. Optimum hava kanalı geometrisini belirlemek amacıyla, türbin Ansys/Fluent yazılımı kullanılarak modellenmiş ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri (HAD) gerçekleştirilmiştir. Sayısal model literatürde gerçekleştirilmiş deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. HAD analizleriyle gerçekleştirilen optimizasyon çalışmasının neticesinde, açık kanal profilli hava kanalının, daire, dörtgen ve altıgen hava kanallarından daha iyi performans gösterdiği tespit edilmiştir. Açık kanal profilli hava kanalında kanal açıklığının kepçe çapına oranının (overlap oranı) türbin performansı üzerine etkisi araştırılmıştır. Maksimum gücün 0,25 overlap oranında olduğu tespit edilmiştir.

Today, the need for energy is increasing day by day. Fossil fuels have a limited lifetime and are very harmful to the environment. Wind energy, which is a renewable energy source, has been discussed. In order to make the wind energy usable, the savanius wind turbine was chosen from among the turbine types. The reason for choosing this turbine; It can be activated at low wind speeds without the need for a first motion engine, it is independent of the wind direction, its maintenance and repair costs are low, and its production cost is low due to its simple geometry. In addition, the fact that vertical axis wind turbines can be used in residential areas due to their aesthetic appearance and quieter operation compared to horizontal axis turbines is an important plus, but their low efficiency is considered to be a limiting factor in their widespread use. In this study; Air ducts are used to increase the efficiency of the s-rotor savanius wind turbine. In order to determine the optimum air duct geometry, the turbine was modeled using Ansys / Fluent software and computational fluid dynamics analysis (HAD) was performed. The numerical model has been verified by experimental studies in the literature. As a result of the optimization study carried out with HAD analysis, it has been determined that the monolithic air duct performs better than circle, rectangular and hexagonal air ducts. The effect of the ratio of the duct opening to the bucket diameter (overlap ratio) on the turbine performance in the monolithic air duct was investigated. It was determined that the maximum power was at the rate of 0.25 overlap.