Naca 4415 rüzgâr türbini kanat profilinde firar kenarı etkisinin incelenmesi

Yenilenebilir enerji kaynakları arasında rüzgâr enerjisinin önemli bir yeri vardır. Rüzgâr enerjisi; fosil yakıtların oluşturduğu asit yağmurlarına ve atmosferik kirlenmeye neden olmayan temiz, bedava ve tükenmeyen bir enerji kaynağıdır. Rüzgâr enerjisinin eldesinde türbin kanadı ve kanat profilinin önemi oldukça büyüktür. Bu sebeple bu çalışmada NACA 4415 kanat profilinin firar kenarı kalınlaştırılarak, bunun türbin performansına etkisi incelenmiştir. Öncelikle QBlade programında NACA 4415 kanat profilinin çıkış kenarı simetrik olacak şekilde % 1, % 2, % 4, % 7 ve % 10 oranlarında, veter çizgisinin sadece altında veya üstünde olacak şekilde de % 0.5, % 1, % 2, % 3.5, % 4 ve % 5 oranlarında kalınlaştırılmış ve en verimli küt firar kenarlı kanat profili belirlenmiştir. Yapılan bu aerodinamik analizlere göre 10° hücum açısında orijinal kanat profilinin alt bölgesinde % 2 oranında kalınlaştırma yapılarak kanat profilinin aerodinamik verimi % 5 oranında artırılmıştır. Yani, orijinal kanat profilinin verilen hücum açısında Cl/Cd oranı 57 iken; firar kenarı alt çizgide % 2 oranında kalınlaştırılmış kanat profilinin Cl/Cd oranı 60 olarak elde edilmiştir. Böylece kanat profilinin çıkış kenarı kalınlaştırılarak aerodinamik verim artırılmıştır. Optimum küt firar kenarlı kanat profili elde edildikten sonra Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile ve 124,000 Reynolds sayısında ve 0°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°, 12°, 14°, 16° ve 18° hücum açılarında türetilmiş kanat profilin ve orijinal kanat profilinin analizleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen 2D analiz sonuçlarına göre türetilmiş kanat profilinin Cl değerlerinin orijinal NACA 4415 kanat profili değerlerine göre yüksek çıktığı görülürken, Cd değerlerinin benzer çıktığı görülmüştür. Türetilmiş kanat profilinin üretimi gerçekleştirilmiş ve bir rüzgâr tünelinde testleri gerçekleştirilmiştir. Bu test sonuçları ile gerçekleştirilmiş 2D HAD analiz sonuçlarının benzer olduğu görülmüştür. Bu çalışmada her iki kanat profili ile 1.44 m rotor çapına sahip kanatlar modellenmiştir. Kanatların, nominal rüzgâr hızı 10 m/s olacak şekilde 3D HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen analizlere göre NACA 4415 kanat profilinden 4.42 Nm tork elde edilirken; türetilmiş kanat profilinden aynı şartlarda 5.12 Nm tork elde edilmiştir.