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.