Theses supervised by Prof. Dr. Tahir Yavuz
12 theses · Başkent University
B-spline ve genetik algoritma ile helikopter pal tasarım ve optimizasyonu
Verimliliği artırmak, enerji tüketimini azaltmak, daha iyi uçuş performansı elde etmek ve helikopter operasyonlarının etkinliğini artırmak için helikopter kanadı optimizasyonuna ihtiyaç duyulmaktadır. Rotor kanadı, bir helikopterin verimliliğini ve kontrolü, performansı, manevra kabiliyetini arttıran, optimum uçuş özelliklerinin ve operasyonel yeteneklerin elde edilmesini büyük ölçüde etkileyen helikopter tasarımının hayati bir bileşenidir. Bu yüksek lisans tezi, B-spline modellemesi için Python tabanlı kodların oluşturulması, kanat elemanları momentum teorisiyle entegrasyonu ve optimizasyon için genetik algoritmanın uygulanması gibi konuları sistemli bir şekilde ele almaktadır. B-spline, kanat elemanı-momentum teorisi ve genetik algoritma metotları kullanılarak Pyton yazılımı ile helikopter pal tasarım ve optimizasyon aracı geliştirilmiştir. Beslenen noktalardan B-spline ile kanat kesit eğrisi oluşturularak genetik algoritma ile farklı geometrilere sahip iki boyutlu helikopter pal kesitleri oluşturulmaktadır. Elde edilen kesitler XFOIL akış çözücüsüne konularak aerodinamik parametreler elde edilmiş ve pal elemanları momentum teorisi ile belirlenen maliyet fonksiyonu genetik algoritma kullanılarak minimize edilmektedir. Helikopter palleri; B-spline ile kanat kesit eğrileri, dönme hızı, pal sayısı, veter uzunluğu, boyu, burkulma açısı ve sivrilme oranına göre optimize edilerek maksimum itkiyi sağlayacak pal kesit eğrisi ve pale ait geometrik parametreler belirlenmektedir. Oluşturulan kod deneysel çalışma sonuçları ile kıyaslanarak doğrulanmış olup geliştirilen algoritmaya beslenen parametre ve sınır koşullarına bağlı olarak itki (C_T) katsayısının %20, toplam itki kuvvetinin %48, toplam tork ve gücün ise %44 oranında arttığı anlaşılmıştır.
Nrel S826 kanat profiline sahip küçük ölçekli rüzgar türbininin aerodinamik optimizasyonu ve performans analizi
Küçük ölçekli yatay eksenli rüzgar türbinleri, merkezi olmayan enerji üretiminde önemli bir rol oynayarak konut ve endüstriyel uygulamalar için sürdürülebilir çözümler sunmaktadır. Bu çalışma, düşük Reynolds sayılarında yüksek verimliliğiyle bilinen NREL S826 kanat profilini kullanan küçük ölçekli bir rüzgar türbininin aerodinamik tasarımı ve optimizasyonuna odaklanmaktadır. Çalışmanın temel amacı, türbin kanatlarının geometrisini, hücum açısını optimize ederek güç üretimini ve işletme verimliliğini artırmaktır. Araştırmada, akış karakteristiklerini, basınç dağılımlarını ve NREL S826 kanat profilinin çevresindeki türbülanslı akış etkilerini analiz etmek için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) simülasyonları ve optimizasyon yazılımları kullanılmaktadır. Sürüklenme kuvvetini en aza indirerek kaldırma/sürüklenme oranlarını artırmak amacıyla kanat burulma ve aerodinamik modifikasyonları incelenmiştir. Ayrıca, sayısal sonuçların simülasyon performans ölçümleriyle karşılaştırılması için Literatürler referans alınarak doğrulamalar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, NREL S826 kanat profiline uygulanan belirli modifikasyonların, hücum kenar iyileştirmeleri ve optimize edilmiş kiriş dağılımı gibi faktörler sayesinde performans katsayısını(Cp) önemli ölçüde artırabildiğini göstermektedir. Çalışmada sabit bir rüzgar hızı olan 10 m/s kullanılarak türbindeki aerodinamik optimizasyonun türbin verimine etkisi incelenmiştir. Bu bulgular, küçük ölçekli rüzgar enerjisi sistemlerinin geliştirilmesine katkı sağlayarak, NREL S826 tabanlı türbin kanatlarının optimize edilerek enerji toplama potansiyelini %22 oranında geliştirdiğini ortaya koymaktadır.
Profil değiştirebilen rüzgâr türbin kanadı tasarımı
Bu çalışmada şekil değiştirebilen rüzgâr türbini kanadı hesaplamaları için kanat profili üzerinde gerekli olan perdovites ve çeşitli hücum açılarına göre kanat üzerinde optimizasyon çalışması yapılmıştır. Optimizasyon çalışmasında k-ε modeli ve ANSYS Fluent Adjoint Solver (Sınırdaş Çözüm) için Cl/Cd optimizasyon kullanılmıştır. Sınırdaş çözümlemeye göre kanat üzerinde oluşan değişimler incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak oluşturulan benzetim modeli Cornel Üniversitesi Confluence sitesinde bulunan profil doğrulama verileri ile doğrulama yapılmıştır. Çalışmanın devamında ise fiziken kaldırma kuvveti elde edilemeyecek simetrik kanat ve paralel akış şartı denenmiştir. Çalışmanın devamında ise kanat profilinin en iyi noktalarından biri olan 4º hücum açısı 25m/s verimi göz önünde bulundurularak kanat verimleri bu noktaya göre optimize edilmiştir. 10º hücum açısı 5m/s özelliğinden 4º hücum açısı 20m/s değerli için verim artışı ile birlikte kaldırma kuvveti katsayısında artış gözlenmiştir. 4º hücum açısı 25m/s ve 4º hücum açısı 50m/s değerine kadar olan aralıkta ise emniyet nedenlerinden ötürü kanat profili kaldırma kuvvetini azaltacak şekilde hareket etmiştir. Değişen rüzgâr hızları ve hücum açılarında verim değerini tanımlayan kaldırma kuvvet/direnç kuvvet katsayısı oranı, Cl/Cd, 13.205625 değerinde sabitlenmiş ve optimum çalışma noktasına göre şekil değişiklikleri incelenmiştir. Şekil değiştirebilen rüzgâr türbini kanadı kullanarak emniyet nedenleri ile rügar türbininin enerji üretmesi perdovites ile engellenebilirken rüzgâr türbinlerinin enerji üretebileceği rüzgâr hızı aralığı genişletilerek türbinin kapasite faktörü ve yıllık enerji üretiminde artış sağlanabilecektir.
Küçük ölçekli rüzgar ve hidrokinetik enerjisi türbinleri için türbin-kanal tasarım optimizasyonu ve sistemin performans testleri
Günümüzde yenilenebilir enerji çeşitlerinden olan rüzgar ve hidrokinetik enerjisine verilen önem her geçen gün artmaktadır. Bu kapsamda türbin performansını artırmaya yönelik birçok çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada rüzgar ve hidrokinetik türbinleri için türbin performansını arttırmak ve düşük hızlarda esen rüzgarla enerji üretimi yapmak üzere türbin-kanal kombinasyonu ele alınarak küçük kapasiteli türbinlerde türbin girişinde serbest akış hızını en yüksek düzeye çıkaracak sistemin optimizasyonu yapılmıştır. Optimizasyon çalışmalarında 2D Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizleriyle, Yanıt Yüzey Metodu (Response Surface Method) birlikte kullanılmış, kanal yapıyı tanımlayan geometrik parametrelerin optimum değerleri elde edilmiştir. İstenilen bir türbin çapı için bu parametrelerin kullanılmasıyla optimum bir kanal tasarımının oluşturulmasına imkan sağlanmıştır. 2D analizlerde, kanal yapı içerisindeki türbin, disk yaklaşımıyla modellenmiştir. Optimum kanal geometrisinde, türbini temsil eden disk üzerindeki hız değeri serbest akış hızına göre ortalama olarak 1.2 kat yükselmiştir. Optimum geometrik boyutlar kullanılarak sistemin 3D HAD analizleri yapılmıştır. Rotor çapı 0.9 m ve Reynolds sayısının 115000 değerinde, yalın türbin veriminin 0.43'den, flaplı kanal yapı ile 1.11'e kadar yükseldiği görülmüştür. Ayrıca flaplı kanal kullanılarak türbinin enerji üretimine başladığı minimum rüzgar hızı % 19 oranında azaldığı kanıtlanmıştır. Böylece kanallı yapı kullanılarak türbinin ürettiği güç değeri 2.58 kat arttırılmış ve rüzgar türbininden enerji üretebileceği minimum rüzgar hızı azaldığından flaplı kanal kullanılarak rüzgar hızının yetersiz olduğu bölgelerde rüzgardan enerji üretilme imkanının sağlanabileceği görülmüştür.
Francis türbinleri i̇çin bir vorteks önleyici bileşen tasarimi ve türbin performansinin i̇ncelenmesi
Bu tez çalışması kapsamında, Francis türbinlerinin emme borusunda meydana gelen ani basınç dalgalanmaları ve buna bağlı oluşabilen vorteks halatı olayının önüne geçebilmek adına yeni bir bileşen tasarlanmıştır. Çalışma kapsamında performans analizlerinin gerçekleştirilmesinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizleri kullanılmış, kullanılan model daha önce bir çalışmada elde edilen deneysel verilerle doğrulanmıştır. Vorteks Önleyici Bileşen kademe sayısı, Vorteks Önleyici Bileşen yüksekliği ve ayar kanatları açısı parametreleri seçilerek bir optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Parametreler arası doğrusal ilişki olmaması ve deney sayısının azlığı sebebiyle Box-Behnken deney tasarımı metodu ile Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizleri eş zamanlı yürütülmüş ve çalışmanın sonucunda regresyon denklemi elde edilmiştir. Buna göre, türbin performansına en çok etki eden parametrenin ayar kanatları açısı olduğu, sonraki etkin parametrenin ise ayar kanatları ve Vorteks Önleyici Bileşen kademe sayısı interaksiyon ilişkisi olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, Vorteks Önleyici Bileşenin tek kademeli olarak tasarımda kullanıldığı durumda, emme borusunda meydana gelen vorteks halatını emme borusu çeperlerine dağıttığı ve türbin veriminde yaklaşık %1'lik bir artışa sebebiyet verdiği gözlemlenmiştir.
Slatlı kanat profilinin etrafındaki düşük reynolds sayılı hava ve su akışlarının incelenmesi ve aerodinamik performans analizleri
Rüzgar türbinlerindeki gelişmeler ve karşılaşılan zorluklardan dolayı son yıllardaki aerodinamik araştırmalar, düşük Re sayılı akımların kontrolü ve yüksek taşıma elde edilmesi gibi konular üzerinde yoğunlaşmaktadır. dünyada geleneksel olarak enerji üreten türbinlerde standart kanat profilleri kullanılmaktadır. Bu kanatların verdiği maksimum kaldırma kuvvet katsayısı 1.6 civarındadır. Bu tip kanatlı türbinlerde enerji üretebilmek için gerekli olan minimum rüzgar hızı 7 m/s` dir. Bu tez çalışmasında, bu güncel konularda sayısal incelemeler yapılmıştır ve yüksek performans verebilecek rüzgar türbini kanat profili ortaya koymak ve ortaya konulan bu profil kullanılarak rüzgar ve hidrokinetik enerjiden elektrik enerjisi üretebilmektir. Sayısal olarak çalışmalara başlamadan önce, kanat profili olarak kullanılacak olan NACA 2415 ve buna bağlanması planlanan slat olarak NACA 22 profili belirlendi. İlk önce boyutsal analiz yapılarak zaman ve bütçe açısından işimize yarayacak olan boyutsal analiz yapıldı ve boyutsal parametreler belirlendi. Daha sonra, yapılacak olan sayısal çalışmalarda hücre sayısından bağımsız olarak hesaplamalarımızı yapma imkanı sağlamak için optimum ağ sayısı hesaplandı. Doğru sonucu elde edebilmek için GAMBITTM programında 55000 hücreye sahip ağ yapısı kullanıldı. Hava ve su ortamında, slat ve kanat arası farklı, farklı hücum ve slat açılarında ve farklı Re sayılarında FLUENTTM programıyla nümerik sonuçlar elde edilmiştir. Bu sayısal sonuçlar, aynı koşullar altında incelenen NACA2415 slatsız kanat profili sonuçları karsılaştırıldı. Daha sonra Slatlı ve slatsız Naca 2415 kanat profilini belirlenmiş olan akış koşullarında, hava akışkanında 1x10^5 Re ve su akışkanında 2,53x10^5 Re sayılarında ve değişik hücum açılarına bağlı olarak CL ve CD katsayı değişimleri irdelendi ve literatürdeki yapılan deneysel çalışmalarla karşılaştırılarak değerlerin yakın oluğunu görerek doğruluğunu saptandı. Daha sonra maksimum CL' nin ve CL/CD oranının olduğu hücum açılarında slatlı ve slatsız kanat profillerinin basınç dağılımları, hız dağılımları,akım çizgileri, türbülans şiddetleri ve vorteks kopma frekansları belirlendi. Elde edilen optimum kanadın, kanat elemanı momentum teorisi kullanılarak, uç hız oranıyla değişen burulma açıları elde edildi. Hava ortamında, kanatlar arası h/c1=0.1.65 konumundayken 1x10^5 Re sayısında maksimum CL 27 hücum açısında 2.46 olarak elde edildi. Fakat kanattan alınacak maksimum güç katsayısı için önemli olan CL/CD oranıdır ve kanat yapısı da buna göre dizayn edilir. Bu kanat yapısında maksimum CL/CD oranı, h/c1=0.165 konumundayken 1x10^5 Re sayısında ve 12 hücum açısında elde edildiği için optimum hücum açısı 12 olarak seçildi. Slatsız NACA2415 kanat profilinde maksimum kaldırma kuvveti 6 hücum açısında 1.02 olarak elde edilmiştir. Su ortamında, kanatlar arası h/c1=165 konumundayken 2,53x10^5 Re sayısında maksimum CL 33 hücum açısında 2.49 olarak elde edildi, fakat maksimum CL/CD oranı, h/c1=0.165 konumundayken 2,53x10^5 Re sayısında ve 18 hücum açısında elde edildiği için optimum hücum açısı olarak 18 seçildi. Slatsız NACA2415 kanat profilinde maksimum kaldırma kuvveti 18 hücum açısında 1.35 olarak elde edildi. Hesaplamalar sonucunda, hem hava hem de suda kullanılan slatlı kanat profilinin, NACA2415 kanat profiline göre aerodinamik performansının daha yüksek olduğu görüldü.
İkili kanat profili etrafındaki düşük reynolds sayılı hava ve su akışlarının incelenmesi ve aerodinamik performans analizleri
Ülkemizde ve dünyada geleneksel olarak enerji üreten türbinlerde standart kanat profilleri kullanılmaktadır. Bu kanatların verdiği maksimum kaldırma kuvvet katsayısı 1.6 civarındadır. Bu kanatlı türbinler kullanılarak enerji üretebilmek için gerekli minimum rüzgar hızı 6-7 m/s arasındadır. Bu çalışmamızın amacı, yüksek performans verebilecek rüzgar türbini kanat profili ortaya koymak ve ortaya konulan bu profil kullanılarak rüzgar ve hidrokinetik enerjiden elektrik enerjisi üretebilmektir. Bu tez çalışmasında, serbest akım bölgesinde kanat profili etrafındaki akışkanın değişimi incelenmiştir. Hava ve su ortamında, farklı hücum açılarında, farklı Re sayılarında, büyük-küçük kanat arasının farklı uzaklıklarında ve farklı kanat genişliği oranlarında FLUENTTM programıyla nümerik sonuçlar elde edilmiştir. Bu nümerik sonuçlarla, aynı koşullar altında incelenen NACA4412 kanat profili sonuçları karşılaştırılmıştır. En doğru ve en kesin sonucu elde edebilmek için GAMBITTM programında 43969 hücreye sahip sıkı ağ yapısı kullanılmıştır. Değişik koşullarda, kanat profiline ait basınç konturları, basınç katsayı dağılımı, maksimum kaldırma katsayısı, maksimum CL/CD oranı, hız konturları, akım çizgileri, türbülans şiddeti konturları ve vorteks kopma frekansı elde edilerek optimum kanat yapısına ulaşılmıştır. Bu sonuçlara ulaşılırken FLUENTTM programında en uygun türbülans benzeşim modeli olan Realizable k-? modeli kullanılmıştır. Elde edilen optimum kanadın, kanat elemanı momentum teorisi kullanılarak, uç hız oranıyla değişen burulma açıları elde edilmiştir. Hava ortamında, kanatlar arası h/c1=0.95 ve kanat genişliği oranı c2/c1=0.73 konumundayken Re=1.5x105 sayısında maksimum CL 230 hücum açısında 2.230 olarak elde edilmiştir. Fakat kanattan alınacak maksimum güç katsayısı için önemli olan CL/CD oranıdır ve kanat yapısı da buna göre dizayn edilir. Bu kanat yapısında maksimum CL/CD oranı, kanat arası mesafe h/c1=0.95 ve kanat genişliği oranı c2/c1=0.73 konumundayken Re=1.5x105 sayısında ve 120 hücum açısında elde edildiği için optimum hücum açısı 120 olarak seçilmiştir. NACA4412 kanat profilinde maksimum kaldırma kuvveti 160 hücum açısında 1.1 olarak elde edilmiştir. Su ortamında, kanatlar arası h/c1=0.88, kanat genişliği oranı c2/c1=0.73 konumundayken Re=2.24x105 sayısında maksimum CL 300 hücum açısında 2.4 olarak elde edilmiştir, fakat maksimum CL/CD oranı, kanatlar arası mesafe h/c1=0.95 ve kanat genişliği oranı c2/c1=0.73 konumundayken Re=4.5x105 sayısında ve 180 hücum açısında elde edildiği için optimum hücum açısı olarak 180 seçilmiştir. NACA4412 kanat profilinde maksimum kaldırma kuvveti 180 hücum açısında 1.335 olarak elde edilmiştir. Hesaplamalar sonucunda, hem hava hem de suda kullanılan kanat profilinin, NACA4412 kanat profiline göre aerodinamik performansının daha yüksek olduğu görülmüştür.
2.5 MW'lık bir rüzgar türbini kabininin değişken çevre şartlarında (Sıcaklık ve hız) termal analizi
Dünyada her geçen gün enerji ihtiyacının artması yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar türbinine olan önemi de arttırmaktadır. Dünya'da ticari olarak elektrik üretimi yapan büyük ölçekli rüzgar türbinleri incelendiğinde kanat profillerinin gelişiminin artık bir durma noktasına yaklaştığı gözlemlenebilir. Özellikle büyük ölçekli türbinlerde elektrik üretimi sırasında kabin içerisindeki güç aktarımı ve dönüşümünde büyük enerji kayıpları yaşanmaktadır. Bu enerji kayıpları sistemde ısıya dönüşmesi nedeniyle özellikle jeneratör ve redüktör yüzeylerinde çok büyük sıcaklık gradyanları oluşturmakta ve bu da artık gerilmelere neden olmaktadır. Bu artık gerilmeler hem türbin performansını düşürmekte hem de deformasyonlara neden olmaktadır. Bundan dolayı büyük çaplı türbinlerde bu ısıyı kabin içerisinden uzaklaştırmak için klima sistemleri kullanılmaktadır. 2.5 MW'lık bir rüzgar türbininde bu ısıyı sistemden uzaklaştırmak için 3 adet klima kullanılmaktadır. Kullanılan bu klimalardan ikisi eş güçtedir. Bunlardan biri jeneratörü soğuturken bir diğeri de redüktörü soğutmaktadır. Her biri ortalama 75 kW gücündedir. Diğer klima ise daha küçük ölçekli ve 15 kW gücündedir. Bu da elektriksel ekipmanlarla elektronik entegreleri soğutmaktadır. Bu tezde, yaz ve kış şartları maksimum (45°C) ve minimum (-30°C) sıcaklıkları göz önüne alınarak dış havanın etkisiyle, yetersiz kalması durumunda ise ek bir klima kullanarak kabin içerisinin uygun çalışma sıcaklıklarında kalmasının sağlanması amaçlanmıştır. Fluent 6.3.26 programıyla yapılan iki boyutlu ve üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri sonucunda dış havanın da yardımıyla daha az klima gücüyle sistemin uygun sıcaklıklarda çalışabileceği görülmüştür. Böylece rüzgar türbininde harcanan güç daha düşük bir seviyeye indirgendiği için türbin verimi de buna bağlı olarak artmıştır.ANAHTAR SÖZCÜKLER: Rüzgar Türbin Kabini, Termal Analiz
İkili kanat profiline sahip su türbininin üç boyutlu sayısal ve deneysel performans analizleri
Hidrokinetik enerjiyi kullanarak gerek büyük akıntılardan kentlerin, gerekse küçük akıntılardan bireylerin elektrik güç gereksinimlerini karşılamak üzere alçak akıntı hızlarında verimli çalışabilecek palalı su türbini tasarım modeli geliştirilmiş ve prototip imalatı için hazır hale getirilmiştir. Hidrokinetik enerjiden elektrik üretebilecek ikili ve ayrıca standart kanat profilli türbin kanat tasarımı için iki ve üç boyutlu sayısal ve deneysel analizler yapılmıştır. İki boyutlu sayısal analizlerde GAMBIT-FLUENT programı, üç boyutlu sayısal analizlerde ANSYS 13.0 programı kullanılmıştır. Rüzgâr ve hidrokinetik türbinlerde tasarım şartı olarak CL/CD değerini maksimum yapan geometrik ve akım parametreleri optimum değerler olarak belirlenmiştir. CL/CD'nin maksimum değerleri, ikili kanat için 12,053, standart kanat(NACA4412) için ise 21,517 olarak elde edilmiştir. Optimum hücum açıları ikili kanat için 3o, standart kanat için ise 6o olarak elde edilmiştir. Kanatlar stall konumuna ikili kanatta 30o'den sonra, standart kanatta 16o'den sonraki hücum açılarında ulaşmıştır. Dizaynda önemli parametre olan uç hız oranına göre, ikili kanat lamda=3,5 değeri civarında 0,457 maksimum güç katsayısı değerine, standart kanat lamda=5,0 değeri civarında 0,494 maksimum güç katsayısı değerine ulaşmıştır. Su kanalında yapılan deneysel çalışmalarda, ikili kanat için maksimum güç katsayısı 0,424 olarak lamda = 3,48 değerinde, standart kanat için maksimum güç katsayısı 0,463 olarak lamda = 4,92 değerinde elde edilmiştir. Değerlerin sayısal değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür. Analizlerde hidrodinamik performans açısından ikili kanadın stall konumuna gelmeden daha geniş bir uç hız oranı çalışma şartlarında çalışabileceği görülmüştür. İkili kanadın maksimum güçte çalıştığı uç hız oranının standart türbinlere göre düşük olması, türbinin düşük devirde çalışmasından dolayı daha emniyetli olması sonucuna varılmıştır. Böylece, hidrokinetik enerjiyi kullanarak gerek büyük akıntılardan kentlerin ihtiyaçlarını, gerekse küçük akıntılardan bireysel ihtiyaçları karşılayabilecek elektrik gücü elde etmek üzere küçük akıntı hızlarında verimli çalışabilecek hidrokinetik türbin modeli geliştirilmiş ve prototip imalatı için hazır hale getirilmiştir.
Rüzgar santrallerinin melez elektrik sistemine entegrasyonu ve ekonomik analizi
Enerji, ekonomik ve sosyal kalkınmanın en önemli öğelerinden birisidir. Fosil enerji kaynaklarının sınırlı olmaları ve çevresel zararlarından dolayı insanlar, yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarına yönelmiştir. Rüzgar enerjisi de uygulama alanları ile yenilenebilir enerji kaynakları arasında öne çıkmaktadır. Bu çalışma kapsamında, rüzgar enerjisi ve rüzgar türbinleri ile elektrik üretimi hakkında bilgi verilmiş olup, rüzgar enerjisinin şebekeye entegrasyonu ve şebeke üzerindeki olumsuz etkileri anlatılmaktadır. Rüzgar enerjisinin şebekeye entegrasyonunda oluşabilecek olumsuz etkileri azaltmak için kullanılan yöntemlerden biri olan hibrit enerji santrali uygulaması Başkent Üniversitesi Mühendislik Fakültesi için HOMER programı yardımıyla modellenmiştir. Mevcut yük ve iklimsel özelliklere göre rüzgar – güneş ve yakıt pilinden oluşan şebekeden bağımsız bir konfigürasyon ile rüzgar ve güneş enerjisinden oluşan şebeke bağlantılı bir konfigürasyon optimum sistem olarak öne çıkmıştır. Yapılan analizlerde, yükün yenilenebilir enerji kaynakları tarafından en büyük oranda beslenebildiği ve en düşük maliyetli sistem olan rüzgar ve güneş enerjisi bileşenlerinden oluşan şebeke bağlantılı sistem, 1,28 Milyon ABD Doları toplam maliyeti ve 0,107 ABD Doları/kWh enerji maliyetine sahiptir. Söz konusu sistemde mevcut yük %56 oranında güneş enerjisi, %24 oranında rüzgar enerjisi tarafından beslenmekte, kalan %20'lik kısım ise şebeke tarafından karşılanmaktadır.
Otobüslerde pnömatik sistemlerin ölçümü, kontrolü ve değerlendirmesi
Otobüslerin bazı kritik sistemleri pnömatik olarak çalışmaktadır. Üretilen tüm araçların fren, süspansiyon ve kapılarında pnömatik sistemler kullanılmaktadır. Bu sistemlerin güvenli ve verimli çalışabilmesi için hava basıncının yönetmeliklerde (Belirli Motorlu Araç Sınıflarının Ve Römorklarının Frenleme Düzenekleri İle İlgili Tip Onayı Yönetmeliği (71/320/AT)) izin verilen değerin altına düşmemesi gerekmektedir. Basınç düşmesinin sebebi hava tesisatlarındaki kaçaklardır. Kaçakların önlenmesi için önce kaçağın olduğu hattın hassas bir ölçüm cihazı ile tespit edilmesi gerekmektedir. Otobüsler üzerinde kullanılan sistemler hassas bir ölçüm yapmaya imkan vermemektedir. Geliştirilen kontrol cihazı, bir otobüste belli bir sıraya göre dizilmiş, 14 adet ayarlanabilen pnömatik ve buna bağlı elektriksel devreleri kontrol ederek sorunları ve bunların yerlerini kalite kontrol elemanına bildirebilen bir cihazdır. Yeni cihazla birlikte ölçüm prosesi yeniden incelenip hatalara en hızlı müdahale etmenin yolları aranmıştır. Ayrıca tespit edilen hataların istatistiği tutulup ilgili bölümlere hatayla ilgili geri bildirimler yapılabilmektedir. Kalite kontrol cihazı bünyesindeki PLC otomasyon sistemi ile araç içi pnömatik hattı hava sızdırmazlık ve fren devresi testi olarak iki aşamada test etmektedir. Cihaz ile yapılan testler sonucu üretim tesisindeki otobüslerin fren devre hatlarında basınç kaçakları tespit edilmiştir. Örneğin el freni basınç kontrolü noktasında, hava sızdırmazlık testi ile 0,35 bar'lık, fren devre hattı testi ile 0,50 bar'lık düşüş tespit edilmiştir.
Kesikköprü Hidroelektrik Santrali model türbin tasarımı ve performans iyileştirme analizi
Bu tez çalışması kapsamında, Kesikköprü Hidroelektrik Santrali'nde halihazırda çalışmakta olan türbinlerin giriş parametreleri olan debi ve düşü değerleri kullanılarak bir Francis türbini tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu tasarım, ANSYS v15. programı aracılığıyla sayısal ortama aktarılmış ve türbin bileşenlerinin sayısal akış hacimleri ayrı ayrı oluşturulmuştur. Oluşturulan bu hacimler birleştirilerek, bir Francis türbini sayısal modeli ortaya çıkarılmıştır. Bu model, francis türbini bileşenlerden olan yönlendirici kanatların türbin performansına etkisini görmek üzere, yönlendirici kanat açıları değiştirilerek hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizlerine tabi tutulmuştur. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri ANSYS CFX programı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda elde edilen verim değerleri ve basınç ve hız konturları incelenerek beş farklı yönlendirici kanat açısı için bir verim eğrisi oluşturulmuştur. Bu verim eğrisine göre 22 derecelik yönlendirici kanat açısının %94'lük bir verim değeriyle Francis türbini tasarımı için en uygun yönlendirici kanat pozisyonu olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca, son tasarım için kavitasyon analizi gerçekleştirilmiş olup, türbin tasarımında herhangi bir kavitasyon olayına rastlanmadığı, mutlak basınç ve atmosferik basınç farkı baz alınarak gözlemlenmiştir. Kesikköprü Hidroelektrik Santrali'nde çalışmakta olan Francis türbinlerinin ortalama %89'luk bir verimle çalıştığı göz önüne alındığında, olası bir rehabilitasyon çalışmasıyla, saptanan %94'lük verim ışığında, %5'lik bir ek verim elde edilebileceği belirlenmiştir.