Yatay eksenli bir rüzgar türbini kanadının sayısal analizi ve optimizasyonu

Küresel enerji ihtiyacı teknolojik gelişmeler ve nüfusun artışına bağlı olarak sürekli artmaktır. Fosil yakıt rezervlerinin azalması ve bu yakıtların çevreye olumsuz etkilerinden dolayı enerji ihtiyacının sürdürebilir enerji kaynaklarında karşılanması büyük önem taşımaktadır. Sürdürülebilir enerji kaynağı olarak rüzgâr türbinleri rüzgârın kinetik enerjisini elektrik enerjisi dönüştürür. Bu çalışmada kanat profili geometrisi, kanat sayısı, hücum açısı, kanat açısı, uç hız oranı (λ) ve kanat uzunluğu gibi rüzgâr türbin kanadı tasarım parametrelerin aerodinamik performansa etkisi önerilen yeni iki aşamalı kanat tasarımı optimizasyonu yöntemine bağlı olarak ANSYS Workbench platformu ve SOLIDWORKS programı kullanılarak araştırılmıştır. Birinci aşamada, HAD analizinin doğrulanması için standart NACA 63-415 kanat profilinin Spalarat Almaras ve SST k-ω türbülans modelleri kullanılarak hesaplanan kaldırma kuvveti katsayısı (CL) değerleriyle deneysel CL değerleri 1,6x106 Reynolds sayısında, 0˚-20˚ hücum açısı aralığında karşılaştırılmıştır. SST k-ω türbülans modeli deneysel verilere daha iyi uyum sağladığı için tezdeki tüm hesaplamalarda bu model kullanılmıştır. Sonra, standart NACA 63-415 kanat profilinin alt yüzeyi % 10, % 20 ve % 30 azaltılarak sırasıyla NCAY 10, NCAY 20 ve NCAY 30 kanat profilleri üretilmiştir. Sayısal sonuçlar yeni kanat profillerinin standart NACA 63-415 kanat profiline göre aerodinamik performansı iyileştirmiştir ve maksimum CL/CD (kaldırma kuvveti katsayısı / sürükleme kuvveti katsayısı) değerinin yaklaşık 7° hücum açısında NCAY 30 kanat profili ile elde edilmiştir. İkinci aşamada, kanat uzunluğu boyunca 1 m aralıklarla optimum veter uzunlukları ve bağlama açıları hesaplanmıştır ve standart NACA 63-415 kanat profili için SOLIDWORKS programı kullanarak katı kanat modeli oluşturulmuştur. Üretilen kanat modelinin sonuçları, kanat uzunluğu ve λ artıkça ve kanat açısı azaldıkça tork ve güç değerlerinin iyileştiğini göstermiştir. Daha sonra kanat yüzey geometrisinin aerodinamik performansa etkisi 7° hücum açısı, λtasarım = 7 ve 20 m kanat uzunluğu için yeni üretilen standart NACA 63-415, NCAY 30 ve NCAYÜY 30 (standard NACA 63-415 kanat profilinin alt ve üst yüzeyini %30 azaltma) kanat modelleri kullanılarak 4-16 m/s rüzgâr hızlarında araştırılmıştır. Sonuçlar tüm kanat modellerinde rüzgâr hızı arttıkça güç katsayı (Cp) değerlerinin arttığını ve maksimum Cp değerinin 16 m/s rüzgâr hızında elde edildiğini göstermiştir. En yüksek Cp değeri 0,511 olarak NCAYÜY 30 kanat modelinde elde edilmiştir ve standart NACA 63-415 kanat modeline göre bu kanat modeli Cp değerini %10,62 artırmıştır. Ayrıca diğer kanat modelleri ile karşılaştırıldığında bu kanat modeli kanat arka yüzeyinde basıncı ve kanadın uç kısmının yakınında kanat hızını artırmıştır. NACA 63-415 kanat modeline göre NCAYÜY 30 kanat modeli maksimum kanat hızını %7,2 artmıştır. Bu çalışmada rüzgâr türbini kanadı tasarımında kullanılan yöntem bu konuyla ilgili ilerde yapılacak çalışmalara yardımcı olacağı düşünülmektedir.