Dikey eksenli rüzgar türbinlerinde kanat tipi ve veter uzunluğunun türbin performansına etkisinin sayısal incelenmesi

Dikey eksenli rüzgâr türbinleri, yatay eksenliler gibi rüzgâr enerjisini elektrik enerjisine çevirirler. Ancak dikey eksenli türbinlerin bazı farklılıkları ve avantajları vardır. Kararsız ve türbülanslı akışların görüldüğü şehir içerisinde de verimli olarak kullanılabilirler ve her yönden gelen rüzgâr ile çalışabilirler. Türbin performansına etkiyen en önemli etkenlerden biri de kanat aerodinamiğidir. Kanat aerodinamiği de kanat profilinin şekline, sayısına, boyutuna ve rotor çapına bağlıdır. Bu parametreler H-Darrieus dikey eksenli rüzgar türbini tasarımı ve üretimi için önemli parametrelerdir. Bu tezde ilk olarak kararlı durumda, farklı kanat tiplerinin hücum açıları değiştirilerek performansa etkisi FLUENT 6.3 ile incelenmiştir. İkinci olarak da üç kanatlı bir dikey eksenli türbinin veter uzunluğu-rotor çapı oranı değiştirilerek kanatların birbirlerine yakınlık veya uzaklığının performansa etkileri de ANSYS-FLUENT 14 ile incelenmiştir. Tezin ilk kısmında NACA 0012, 0018, 0021, 0024 profilleri 0, 3, 6, 9, 12, 16 derece hücum açılarında analiz edilmiştir. Analizler, hücum açısının belirli bir noktaya kadar artmasıyla tüm kanat profilleri için kaldırma katsayılarının da artmasına neden olduğunu göstermiştir. Ancak bu artış 12, 16 derece hücum açılarında sürükleme katsayısında daha fazla olmaktadır. Bu da aerodinamik performansı düşüren bir etkendir. Analizlerde, profillerde kalınlık azaldıkça, yani NACA 0024'ten 0012'ye doğru, kaldırma katsayısının diğerlerine göre daha fazla olduğunu görülmüştür. Ayrıca kaldırma kuvveti ve sürükleme kuvvetinin birbirine oranına da bakıldığında NACA 0012'nin aerodinamik performansı daha yüksek bulunmuştur. Ancak, ince kanat profiller yapısal açıdan zayıf olabileceğinden, üç kanatlı türbin analizleri için NACA 0018 kanat profili seçilmiştir. Tezin ikinci kısmında; NACA 0018 kanat profilinin 0,3; 0,6; 0,8 ve 1,2 veter uzunluğu-rotor çapı oranı değerlerinde farklı kanat uç hız oranlarında güç katsayıları bulunmuştur. Buna göre en yüksek güç katsayısına 0,56 değerine 0,8 veter uzunluğu-rotor çapı oranı ve 2,25 kanat uç hızı oranında ulaşılmıştır. En geniş aralıkta iyi performans gösteren veter uzunluğu-rotor çapı oranı ise 0,3 olarak bulunmuştur.