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.