Rüzgar türbin kanadı üzerindeki aerodinamik akışa yüzey pürüzlülüğü etkisinin incelenmesi

Bu tez çalışmasında rüzgar türbini kanat profillerinden olan NACA 63-415 kanat profili üzerindeki akış iki boyutlu olarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak modellenmiştir. İki boyutlu analizlerden yola çıkarak türbin performansının pürüzsüz ve pürüzlü kanat koşullarında incelenmesi bu çalışmanın ana amacını oluşturmuştur. Bu motivasyonla öncelikle pürüzsüz kanat yüzeyi için analizler yapılmış ve optimum hücum açısı belirlenmiştir. Pürüzsüz kanat üzerindeki akışın modellenmesi 10^5 ile 3*10^6 arasında 6 farklı Reynolds sayısında ve 0^o-20^o hücum açısı aralığında yapılmıştır. Simülasyonlarda türbülanslı akış için, Spalart-Allmaras ve SST k-omega türbülans modelleri kullanılmıştır. Pürüzsüz kanat için maksimum kaldırma/sürükleme oranının meydana geldiği optimum hücum açısı aralığı 6^o-8^o olarak belirlenmiştir. Pürüzlülüğün kanat aerodinamik performansına etkisini inceleyebilmek için optimum hücum açısı aralığında 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 ve 0.5 mm 5 farklı pürüzlülük yüksekliğinde çalışılmıştır. Pürüzlülük araştırmalarında TSST türbülans modeli kullanılmıştır. Optimum hücum açısını bulurken çalışılan Reynolds sayılarına ek olarak pürüzlülük incelemelerinde 2.5*10^5'te de analizler gerçekleştirilmiştir. Numerik modellemenin sonucunda $10^5$ Reynolds sayısında bu çalışmadaki tüm pürüzlülük yüksekliklerinin kanat aerodinamik performansını iyileştirdiği görülmüştür. Benzer şekilde 2.5*10^5 Reynolds sayısında da sadece 0.1 mm pürüzlülük yüksekliği kanat aerodinamik performansını olumlu etkilemiş, diğer pürüzlülük yüksekliklerinde ise negatif etki görülmüştür. Reynolds sayısı 5*10^5 ve üzerinde olduğunda ise bu tez kapsamında incelenen tüm pürüzlülük yüksekliklerinde kanat performansı üzerinde olumsuz etkiler meydana getirmiştir. Rüzgar türbinin performansına pürüzlülüğün etkisini görebilmek adına iki boyutlu elde edilen sonuçlar Kanat Elemanı Momentum Teorisi (KEMT) kullanılarak üç boyutlu hale getirilmiş ve türbin güç katsayısı hesaplanmıştır. Yapılan hesaplar doğrultusunda 10^5 Reynolds sayısında güç katsayısında % 11'e varan artış görülürken, Reynolds sayısı arttıkça pürüzlülüğün türbin güç katsayısında %32'ye varan azalma ortaya çıkarabileceği sonucuna varılmıştır.