KONUT TİPİ RÜZGAR TÜRBİNİ KANATLARININ TEORİK MODELLENMESİ VE GÜÇ ÜRETİMİNİ ETKİLEYEN BELİRLİ AERODİNAMİK ÖZELLİKLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

Transkript

1 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 1 KONUT TİPİ RÜZGAR TÜRBİNİ KANATLARININ TEORİK MODELLENMESİ VE GÜÇ ÜRETİMİNİ ETKİLEYEN BELİRLİ AERODİNAMİK ÖZELLİKLERİN KARŞILAŞTIRILMASI F.Mertkan Arslan 1, Hall Tuzcu, Hüseyn Günerhan 3 1,3 Ege Ünverstes Makna Mühendslğ Bölümü, İzmr Uşak Ünverstes Makna Mühendslğ Bölümü, Uşak 1 mertkan.arslan@gmal.com, hall.tuzcu@gmal.com, 3 huseyngunerhan@gmal.com ÖZET Rüzgar enerjsnden elde edlen güç üretmde yaygın olarak kullanılan 3 kanatlı, yatay eksenl rüzgar türbnlerne at kanat tasarımı, teork olarak bu çalışma kapsamında gerçekleştrlmştr. Rotor yarıçapı metre olan 3 farklı kanat profl ele alınarak, konut tp rüzgar türbnlerne etk eden farklı aerodnamk özellkler karşılaştırılmıştır. Sırasıyla () S110 kanat profl (burulma açılı), () S110 kanat profl (burulma açısız) ve () farklı kanat profl NACA0015 (burulma açılı) kullanılarak, burulma açısının ve farklı kanat profllernn güç üretmne olan etkler ncelenmştr. Rüzgar enerjs çalışması, İzmr lnde Foça lçesnde değerlendrlmeye alınmış olup ortalama rüzgar hızı 5m/s olarak kabul edlmştr. Bu çalışma sonucunda burulma açısı kullanılarak tasarlanan türbne at enerj vermllğnn %6,0 arttığı ve S110 (burulma açılı) kanat proflne sahp türbnn, NACA0015 (burulma açılı) kanat proflne sahp türbne göre %,55 daha verml olduğu belrlenmştr. Sonuç olarak rüzgar türbn kanatlarının tasarımında burulmanın, rotorun vermllğ açısından öneml br parametre olduğu bu çalışma kapsamında gösterlmştr. 1.GİRİŞ Rüzgar türbn kanatları, rüzgardan elde ettkler knetk enerjy mekank enerjye dönüştüren türbn elemanlarıdır. Kanatlar kök, orta ve uç bölge olarak 3 farklı bölgeye ayrılır. Kanat kök bölges, kanadın türbn rotoruna bağlanan kısmı le kanat proflnn başladığı orta bölge arasında kaldığı çn, bu bölge dğer bölgelere göre daha çok zorlanmaya maruz kalmaktadır. Kanadın orta ve uç bölges, enerj üretm çn öneml bölgelerdr ve bu bölgeler çn aerodnamk hesaplamalar öneml hale gelmektedr [1]. Uç Bölge Orta Bölge Kök Bölge Şekl 1. S110 kanat profl le modellenen rüzgar türbn kanadının bölümler

2 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr Türbne gelen rüzgarın brüt gücü (1) le hesaplanmaktadır; 1 P = ρ AV 3 (1) P (W) rüzgar türbn rotoruna gelen rüzgardan elde edleblecek brüt güç, ρ (kg/m 3 ) ortam sıcaklığı le değşeblen havanın yoğunluğu, A (m ) rotorun tarama alanı ve V (m/s) rotora gelen rüzgarın hızı olarak tanımlanablr. Türbne gelen rüzgarın brüt gücü, rüzgar hızının 3. dereceden üssü le doğru orantılı olduğu görülmektedr []. Bu yüzden rüzgar hızı, bu gücün arttırılması çn öneml br değşkendr. Uygulama esnasında rüzgar türbnne gelen rüzgarın hızı sıfıra düşürülemez. Bu nedenle boyutsuz güç katsayısı C p tanımlanmıştır. Güç katsayısı, türbnden elde edleblecek net gücün, rüzgardan elde edleblecek brüt güce bölünmes le belrlenr ve () le belrlenr. C p Pçıkış = () 1 3 ρv A Denklemde P çıkış (W) rotordan elde edlen toplam güçtür. Teork olarak bu oranın maksmum değer; C p,max = 0,593 olmaktadır ve bu maksmum değer Betz lmt olarak tanımlanmaktadır [3]. Dkey eksenl ve yatay eksenl olmak üzere k çeşt rüzgar türbn sstem vardır. Yatay eksenl rüzgar türbnler, dkey eksenl rüzgar türbnlerne göre rüzgar enerjsnden daha fazla yararlanablmektedr. Bunun sebeb, yatay eksenl rüzgar türbnler kanatlarının sstemn çalışması esnasında her zaman rüzgarın gelş yönüne dk olması ve türbnn süpürme alanında, rüzgarın enerjsnden daha yüksek oranda yararlanablmesdr [4]. Tablo 1 le verldğ gb yatay eksenl rüzgar türbnler, kanatların çaplarına göre mkro, küçük, orta ve büyük ölçekl olarak sınıflandırılmışlardır ve rotorların sahp oldukları süpürme alanlarına göre standart güç mktarları gösterlmştr [5]. Tablo 1. Yatay eksenl rüzgar türbnlernn rotor çaplarına göre sınıflandırılması [5] Küçük ölçekl Rotor çapı (m) Süpürme alanı (m ) Standart güç (kw) Mkro 0,5 1,5 0, 1, 0,004 0,5 Mn 1,5 3 1, 7,1 0,5 1,4 Konut tp ,4 16 Küçük ölçekl tcar tp Orta ölçekl tcar tp Büyük ölçekl tcar tp Türbnn yüksek vermle güç üreteblmes çn, düşük kanat ağırlığı ve yüksek kanat hızına htyaç vardır. Kanat sayısının az olması rotorun daha yüksek hızlarda çalıştırılması anlamına gelmektedr. Teknk olarak tek kanatlı rüzgar türbn uygulamaları mümkündür ancak ses hızını aşan kanat uç hızı ve rotorun aşırı ttreşmnden dolayı genş ölçekl sstemler çn uygun değldr. Üç kanatlı tasarımlar k kanatlı tasarımlara göre daha dengel br jroskop kuvvetne sahptr. Ayrıca üç kanatlı tasarımlar k kanatlı tasarımlara göre %5 daha vermldr []. Çalışma kapsamında, burulma açılı S110 kanat proflnn aynı kanat uç hız oranında 3 kanatlı rotor le kanatlı rotor arasındak vermllk farkı %4,68 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada kullanılan S110 burulmalı kanat proflnn farklı kanat sayılarında, kanat hız oranına göre güç katsayılarının değerler grafğ Şekl le verlmştr.

3 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 3 Şekl. S110 burulmalı kanat profll rotorun farklı kanat sayılarında kanat uç oranına göre güç katsayısı. KANAT TASARIMI VE PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ Rüzgar türbnlernn performans analzler çn kanat element momentum teors, Vortex Wake Method, Accelaraton Potanta gb farklı türde matematksel modeller gelştrlmştr. Ancak kanat element momentum teors, farklı rotor tpler çn doğruya yakın sonuçlar vereblmes ve kolay uygulanablmes nedenyle en yaygın olarak kullanılan modeldr. Kanat element momentum teors verler le deneysel verlern karşılaştırılması Şekl 3 le gösterlmştr. [6]. Şekl 3. Rüzgar hızına göre rotordan elde edlen güç çıkışının deneysel verler le KEM teors verler le karşılaştırılması [6]

4 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 4 Bu çalışma kapsamında kanatların optmum geometrlernn belrlenmes ve rotorların güç katsayılarının hesaplanablmes çn kanat element momentum teors kullanılmıştır..1 Kanat Uç Hız Oranının Belrlenmes Rüzgar türbnnn performans analznde kanat uç hız oranı öneml br parametredr. Kanat uç hız oranı, λ, Şekl 4 le gösterlen rotor kanadının uç kısmındak çevresel hız le rotora gelen rüzgar hızına bölünmes le elde edlmektedr. Kanat uç hız oranı (3) le hesaplanablmektedr [7]. (3) Şekl 4. Rüzgar türbn üzerndek hızların gösterm [8] Şekl üzernde, V (m/s) kanada gelen rüzgar hızı, ν (m/s) kanadın çevresel hızı, ω (rad/s) kanadın açısal hızıdır. Rüzgar türbnlernn kurulacağı yer Foça lçes seçlmştr ve bu bölgenn ortalama rüzgar hızının belrlenmes çn çalışma [9] verlernden yaralanarak, en fazla 10m yükseklkte kurulduğu kabul edlmes durumunda rüzgar hızı 5 m/s olarak seçlmştr.. Kanat Profl Seçm Rüzgar türbnler kanatlarında kullanılan kanat profller, kanatların üst ve alt yüzeyler arasında basınç farkından kaynaklanan, kaldırma kuvvet le türbnde güç üretmek çn kullanılan yapılardır [10]. Kanat profllernn amacı üst yüzeyde emme kuvvet yaratarak kaldırma kuvvet üretmektr. Aynı zamanda kaldırma kuvvetne dk br şeklde stenmeyen br sürüklenme kuvvet de üretlmektedr. Maksmum güç ve tork elde edeblmek çn L/D oranının yan katsayı olarak fade edlrse C L /C D oranının maksmum olması gerekmektedr. Kaldırma ve sürüklenme katsayıları sırası le (4) ve (5) le hesaplanablr. (4) (5)

5 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 5 Denklemlerde, L kaldırma kuvvet, D sürüklenme kuvvet, ρ (kg/m 3 ) hava yoğunluğu, V rüzgar hızı (m/s), A (m ) kanat proflnn kare alanı yan kanat proflnn en le uzunluğunun çarpımıdır [11]. Kanat proflnn kaldırma ve sürüklenme katsayıları, Reynold numarasına bağlıdır ve hücum açısı kadar öneml br değşkendr [1]. Kanat uç hız oranı sabt tutulduğunda düşen Reynold sayılarında güç katsayısı düşmektedr [13]. Kanat proflnn performansına etk eden Re numarasının hesaplanması (6, 7, 8) le gösterlmştr. Reynold sayısı hesaplamaları kanadın orta noktasındak verlere göre hesaplanmıştır. Ancak kanadın herhang br noktasındak verler kullanılarak da Reynold sayısı hesaplanablr. Re = r U c / µ (6) bağıl ort Ubağıl = ν + V (7) ort ν = ν / (8) ort Denklemlerde, ρ (kg/m 3 ) hava yoğunluğu, U bağıl (m/s) rüzgar hızı le kanadın çevresel hızının bağıl hızı, V (m/s) rüzgar hızı, ν (m/s) kanadın ortasındak çevresel hızı, c ort (m) kanadın ortasındak en uzunluğu, μ (kg/ms) havanın dnamk vskoztes olarak tanımlanablr [14]. Sonrak adımda hesaplanan Re numarasına göre kanat proflnn C L -α ve C D -α verler, güç katsayısı hesaplamaları çn kullanılablr. Şekl 5. S Re ve NACA0015 Re sayısındak hücum açısına göre C L ve C D verler Bu çalışma kapsamındak karşılaştırmada kullanılacak olan k farklı kanat profllernden lk, yüksek kaldırma kuvvet ve düşük sürüklenme katsayısına sahp, küçük boyutlu rüzgar türbnlernde kullanılan S110 profldr. Şekl 6 le gösterlen S110 kanat proflnn Re sayısında maksmum C L /C D oranı 59,3 ve bu orana karşılık gelen dzayn hücum açısı, α dzayn,, 8 derecedr. İknc kanat profl se smetrk br yapıya sahp olan NACA0015 kanat profldr. Şekl 7 le gösterlen NACA0015 kanat profl, Re numarasında maksmum C L /C D oranı 43,6 ve dzayn hücum açısı, α dzayn, 6,5 derecedr [15].

6 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 6 Şekl 6. S110 Kanat profl şekl [15] Şekl 7. NACA0015 Kanat profl şekl [15].3 Rüzgar Türbn Kanadının Performans Analz Hesaplamalarda kanat element momentum teors gereğ kanat 10 eşt parçaya bölünmüş olup her br kanadın %0 lk kısmı kanat kökünün çnde kaldığı kabulü yapılmıştır. Güç katsayısı hesaplamalarında grafk yöntem ve terasyon yöntem olmak üzere k farklı yöntem kullanılmıştır. Burulma açılı olan S110 ve NACA0015 kanat profller çn grafk yöntem ve burulma açılı olmayan S110 kanat profl çn se teratf yöntem kullanılmıştır. Kanat profl üzerndek tüm açılar ve kanat üzerne etk eden kuvvetler Şekl 8 le gösterlmştr. Şekl 8 üzernde tanımlanan F L (N) kaldırma kuvvet, F D (N) sürüklenme kuvvet, F N (N) kanat dönüş düzlemne dk oluşan kuvvettr bu kuvvet tmeye katkıda bulunur. F T (N) kanadın süpürdüğü çevreye teğetsel kuvvettr ve asıl yararlı torku üreten kuvvettr [7]. Şekl 8. Kanat profl üzerndek açıların ve kuvvetlern gösterm [7]

7 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 7 Kanadın açısal hızı Ω le gösterlmektedr. Eksenel ndüksyon faktörü, a, rüzgar hızının rüzgar türbnnn kanadına ulaştığında oluşan kayıp olarak tanımlanablr. Eksenel ndüksyon faktörünün maksmum değer 1/3 olarak tanımlanır ve bu değerde türbnn güç katsayısı maksmumdadır yan Betz lmtndedr. Çalışma [16] le eksenel ndüksyon faktörünün Bernoll denklemlernden elde edlme adımları genş kapsamlı olarak gösterlmştr. Rotorun arkasında kanadın dönüş yönüne ters yönde br akış yan z oluşur (wake rotaton) ve bu durum torkun harcanmasına sebep olur [7]. Bu durumda güç ve tork hesapları çn bu zn açısal hızının belrlenmes gerekmektedr. Açısal ndüksyon faktörü, a ' rotorun arkasında oluşan zn açısal hızı le rotor kanadının açısal hızının fonksyonudur [17]..3.1 Kanat geometrsnn belrlenmes Kanat geometrsnn belrlenmesndek lk adım kanat uç hız oranını belrlemektr. Hesaplamalara herhang br kanat uç hızı oranı le başlanablr. Çünkü optmum kanat uç hızı güç katsayısı hesaplamaları bttkten sonra hesaplanablecektr. Kanadın her br elemanındak kanat uç hızı oranı, λ r,, (9) le belrlenr. nds, her br kanat elemanı çn hesaplamaların tekrarlanacağını belrtmektedr. λr, = λ( r / R) (9) Şekl 9. Kanat yapısının elemanlara bölünmes [7] Her br eleman üzerndek bağıl hızın dönme eksen le yaptığı açı, φ, (10) formülü le belrlenr. Kanadın üst kısmında yan vakum kısmındak basınç, kanadın alt kısmındak basınçtan daha düşük basınçta olduğu çn hava, kanat ucu etrafında alt yüzeyden üst yüzeye akmaya eğlm gösterr. Böylelkle kanat ucu yakınlarında kaldırma kuvvet ve enerj üretm azaltılır. Prandtl tarafından gelştrlen bu etkye kanat uç kaybı denmektedr ve (11) denklem le hesaplanablmektedr [7]. Çalışma [18] le verlen her br elemanındak kanadın en uzunluğu c 1 (m), uç kaybı hesaba katılarak (1) le veya en uzunluğu çalışma [7] kapsamında yer alan c (m), (13) denklemyle de hesaplanablr. Kanat uç kısmı (1) le dkdörtgen, (13) le svr br şekl almaktadır. Çalışma kapsamında denklem (1) kullanılarak hesaplamalar yapılmıştır. S110 ve NACA0015 kanat profller kullanılarak, kanat hattı boyunca oluşturulan kanat en uzunluğu Şekl 10 le grafk halne getrlmştr. ( ) tan 1 ( 1/ λr, ) ϕ = (10) 3

8 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 8 F c 1, r ( B ) 1 cos 1 R = exp p r snϕ R 8πrF snϕ = BC ( cosϕ λ snϕ r, ) ( snϕ + λ cosϕ ) L, dzayn r, (11) (1) c, 8π r = (1 cos ϕ) (13) BC L, dzayn, Şekl 10. S110 ve NACA0015 Kanat profller le oluşturulan kanadın en uzunluğu dağılımı B rüzgar türbn rotorundak toplam kanat sayısı, C L,dzayn kanat profl verlerndek en yüksek C L /C D oranındak kaldırma katsayısıdır. Güç katsayısı hesaplamalarında dğer br öneml parametre se dayanıklılık oranıdır ve kanadın yüzey alanının, kanadın taradığı tüm alana bölümü le elde edlr. Her br kanat elemanı çn dayanıklılık oranı (14) le hesaplanablr. σ = Bc /πr (14) ' Her br kanat elemanı çn dönme açısı (15) le hesaplanablr. θ T,, burulma açısı se (16) le elde edlr. θ = ϕ a (15) p, dzayn, θ = θ θ T, p, p,0 (16)

9 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 9 Denklemlerdek, α dzayn,, her br elemandak kanat profl deneysel verlerne göre en yüksek C L /C D oranına denk gelen hücum açısı (radyan), θ p,0 (radyan) kanat dönme eksenne göre düzeltme açısı olarak tanımlanablr. Burulmalı kanatlar çn, θ p,0, 0 olarak kabul edlmştr. Çalışma kapsamında kullanılan kanatların burulmalı ve burulmasız yapıları Şekl 11 le gösterlmştr ve Şekl 1 le grafk halne getrlmştr. (1) () (3) Şekl 11. (1) S110 Burulmalı, () S110 Burulmasız, (3) NACA0015 Burulmalı kanatlarının üst görünümler.3. Grafk yöntem Şekl 1. Kanatların burulma açılarının kanat hattı üzerndek dağılımı Kanat geometrs değşkenler belrlendkten sonra her br elemanlardak dönme açılarının değerler Şekl 13 le gösterlen her br hücum açısı çn φ,j (17) le hesaplanması gerekmektedr. Denklemlerdek j nds her br eleman çn terasyon sayısını belrmektedr. Örnek olarak hücum açısı değerler 1 den başlatılarak 10 a kadar stenlen oranda arttırılarak

10 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 10 (17) denklemne yerleştrleblr. Ayrıca φ,j her br eleman çn de tekrarlanmalıdır. Sonrak şlemde kanat proflnn deneysel verler, C L - α, le denklem (18) le her br eleman çn hesaplanan kaldırma katsayısı eğrs grafk yardımıyla kesştrlr ve kesşen noktadak α ve bu değere karşılık gelen kanat profl verlerndek C L ve C D değerler güç katsayısı formülünde (3) kullanılmak üzere elde edlr. j = θ α (17), j p,, j ( cosϕ λ snϕ r, ) ( sn + cos r, ) C = 4F sn L, ϕ s ' ϕ λ ϕ (18) Şekl 13. Kanat proflnn deneysel verler le hesaplanan kaldırma katsayısı eğrsnn kesşm Sonrak adımda elde edlen verler, her br kanat elemanı çn eksenel ndüksyon faktörü olarak tanımlanan (19) numaralı formüle yerleştrlr ve 0,4 değernden küçük değerler çn sonuç geçerl kabul edlr. Aks durumda terasyon yöntem kullanılması gerekmektedr. a ( C ) ϕ s ϕ (19) = 1 / 1+ 4 sn / cos L,.3.3 İterasyon yöntem Denklem (9) - (1) le kanat geometrs belrlendkten sonra lk terasyon çn, çalışma [7] le verlen dönme açısı (0) kullanılır. Eksenel ndüksyon faktörü se çalışma [7] kapsamında yer alan kanat uç kaybı hesaba katılmadan (1) le veya çalışma [18] le verlen, kanat uç kaybı eklenerek () le de bulunablr. Çalışma kapsamında () numaralı denklem kullanılarak hesaplamalar yapılmıştır. Çalışma [7] kapsamında her br elemandak açısal ndüksyon faktörü (3) le hesaplanır. Denklemlerdek 1 nds, lk terasyonu temsl etmektedr. ( ) tan 1 ( 1/ λr) ϕ =,1, (0) 3 a 1 = 4sn ( ϕ,1 ) 1 + s, desgncl, desgn cosϕ,1,1 (1) a 1 = 4F sn ( ϕ,1 ) 1 + s, desgncl, desgn cosϕ,1,1 ()

11 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 11 a =,1 1 3a ( ),1 a,1 4 1 (3) İknc ve sonrak terasyonlar çn bağıl dönme açısı (4) le hesaplanır. tanj, j = 1 a j ( ), 1+ a j λ, r, (4) Br sonrak adımda se her br terasyon çn uç hız kaybı faktörü (5) denklem kullanılır. F, j r ( B ) 1 cos 1 R = exp p r snj, j R (5) Her br terasyon çn hesaplanan hücum açısı (6) le elde edlr ve bu değere karşılık gelen kanat proflnn deneysel verlernden C L ve C D katsayıları elde edlr. α = j θ (6), j, j p, İtme katsayısı aynı güç katsayısına benzer br şeklde tme kuvvet le dnamk kuvvetn oranıdır ve (7) formülü le daha y açıklanablr. Eksenel ndüksyon faktörünün değer maksmum yan 1/3 olması durumunda C T =8/9 değernde olmaktadır. Her br kanat elemanındak tme katsayısı (8) le hesaplanır. C T 1 ρv A 4 ( 1 ) a a (7) = 1 ρv A C ( 1 a, ) ( C,, cos, C,, sn, ) s j + j j L j j D j j Tj,, = sn j, j (8) Br sonrak terasyon çn yen eksenel ndüksyon faktörü hesabı (9) ve (30) le şarta bağlanmıştır. Br sonrak terasyon çn açısal ndüksyon faktörü (31) denklem le hesaplanır. Eğer C < 0,96 : Tj,, a = sn ( ) 1 + s CL,, jcosj, j, j 1 F, j j, j (9) Eğer C > 0,96 : Tj,, ( 1/ ) 0,143 0, 003 0, 647( 0,889 ) a = F + C, j+ 1, j T,, j (30)

12 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 1 = a, j F cosj, j, j sc L,, j 1 (31) Çıkan yen a,1 ve a,1 değerler (4) denklemne yerleştrlr ve kabul edleblr tolerans çnde olana kadar terasyon tekrar edlr. İterasyon sonuçlandığında, denklem (6) le son terasyondak hücum açısına göre C L ve C D katsayıları kanat profl verlernden elde edlr ve güç katsayısı formülüne yerleştrlr..3.4 Güç katsayısının hesaplanması Rüzgar türbn kanadının parçalara ayrılan her br elemanı çn hesaplanan değerler sonucunda her eleman çn güç katsayısı (3) hesaplanır ve toplanır. C 8 C N D = sn ( cos sn, )( sn cos, ) 1 cot p F ϕ ϕ λ ϕ ϕ + λ ϕ r r ϕ λ r, λ N = k CL (3) Güç katsayısının tüm hesaplamaları tamamlandıktan sonra rotorun performans analznde kullanılacak olan optmum uç hız oranının belrlenmes çn şekl 14 le gösterldğ gb güç katsayısı ve kanat uç hızı eğrs, C P - λ, oluşturulur. Maksmum güç oranına denk gelen uç hız oranı rotor tasarımı çn kullanılablr ve tüm hesaplamalar belrlenen kanat uç hız oranı le tekrardan yapılmalıdır. Şekl 14. Güç katsayısı ve uç hız oranı eğrs

13 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 13 SONUÇ Çalışma kapsamında optmum kanat tasarımının aşamaları sırası le gösterlmştr. Aerodnamk performansları karşılaştırılmak üzere 3 farklı kanat tasarımı yapılmıştır. Tüm kanatların aynı kanat uç hızı oranında ve aynı çevresel koşullarda dzayn edldğ kabul edlmştr. Kanatların karşılaştırılablmes çn, güç katsayısı ve kanat uç hızı eğrs, C P - λ, dkkate alınarak tüm kanatların uç hız oranları 6,576 olarak belrlenmştr. Bldr kapsamında sonuç olarak karşılaştırılan üç rotor çn güç katsayıları, S110 burulmasız tasarımı çn 0,431, S110 burulmalı tasarımı çn 0,458 ve NACA0015 burulmalı tasarımı çn se 0,447 olarak bulunmuştur. Ayrıca güç katsayısının, kanat hattı boyunca bölgesel etknlğnn daha y anlaşılablmes çn kanat brm hat uzunluğunda, her üç kanat çn üretlen yüzdesel olarak bölgesel güç katsayısı oranları gösterlmştr (Bkz. Şekl 15). Şekl 15. Kanat hattı brm uzunluğuna göre her üç kanat çn güç katsayının bölgesel yüzde değerler. Hesaplamalar sonucunda burulma açısının eklenmes kanat performansını arttırdığı ve kanat profl seçmnn de öneml br etken olduğu güç katsayıları hesaplanarak gösterlmştr. S110 burulma açılı ve burulma açısız tasarımların güç katsayısı farkının %6,0 ve S110 burulma açılı kanat proflne sahp rotorun, NACA0015 burulma açılı kanat proflne göre %,55 daha yüksek güç katsayısına sahp olduğu gösterlmştr. Ayrıca aerodnamk performansı yüksek olan S110 kanat proflne sahp kanat le NACA0015 kanat proflne sahp kanadın boyutsal farklılığı çalışma kapsamında gösterlmştr (Bkz Şekl 11). Buna göre kanatların üretlmes durumunda, aynı yarıçapta S110 kanat proflne sahp kanadın, NACA0015 kanat proflne sahp kanada göre çok daha az malzeme kullanılacağı görülmektedr. Bu sonuçlara göre kanat profl seçmnn, rotor vermllğ ve malyet açısından önem br unsur olduğu ve burulma açısının eklenmes de kanat vermllğn arttıracağı gösterlmştr. Sonuç olarak rüzgar enerjs sürekl br kaynak olduğu çn burulma açılı ve yüksek performanslı kanat profll rüzgar türbnler her geçen sanye üretlen güce katkı sağlayacak ve rotorun vermllğn öneml ölçüde arttıracaktır.

14 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // 8-30 Eylül 017 // İzmr 14 KAYNAKLAR [1] Kaya K., Koç E., 015.Yatay Eksenl Rüzgar Türbnlernde Kanat Profl Tasarımı ve Üretm Esasları, Mühends ve Makne 56, s [] Patel, M.R., 005. Wnd and Solar Power Systems Analyss, and Operaton second edton, U.S. Merchant Marne Academy Kngs Pont, New York, U.S.A. [3] Martn O.L.H., 008, Aerodynamcs of Wnd Turbnes Second Edton, London, Sterlng, VA. [4] Ch J. B., We C. W., 016, Revew of computatonal and expermental approaches to analyss of aerodynamc performance n horzontal-axs wnd turbnes(hawts), Renewable and Sustanable Energy Revews 63, s [5] Tummala A., Ratna K. V., Dpankur K. S., Indraja V., Har Krshna V., 016, A revew on small scale wnd turbnes, Renewable and Sustanable Energy Revews 56, s [6] Maryam R., Hora H., 01, Aerodynamc Performance of a Small Horzontal Axs Wnd Turbne, Journal of Solar Energy Engneerng 134 [7] Manwell J. F. Manwell, McGowan J. G., Rogers A. L., 009, Wnd Energy Explaned Theory, Desgn and Applcaton Second Edton, Department of Mechancal and Industral Engneerng, Unversty of Massachusetts, USA. [8] Tuzcu H., 017, Bnalar çn Yenleneblr Hbrt Enerjl Sstemlern Ekserj ve Eksergoekonomk Analzler, Doktora Tez. [9] Salmanoğlu F., Çetn N.S., 01, İzmr İlnn DMİ ve REPA Kaynaklı Rüzgâr Hızı Verlernn İlçeler Bazında Karşılaştırılması, Tessat Mühendslğ 131, s [10] Koç E.,Kaya K., 015, Yatay Eksenl Rüzgar Türbn Kanatlarının Mekank Tasarım Esasları Teork Model, İzmr Rüzgâr Sempozyumu 3. [11] Ront K. S., Rafuddn M. A., Mohammad A. Z., Young H. L., 01, Desgn of a low Reynolds number arfol for small horzontal axs wnd turbnes, Renewable Energy 4, s [1] Lssaman P. B. S., 1983, Low-Reynolds Number Arfols, Ann. Rev. Flud Mech. 15, s [13] Qng'an L., Yasunar K., Takao M., Junsuke M., Yusuke N., Effect of turbulent nflows on arfol performance for a Horzontal Axs Wnd Turbne at low Reynolds numbers (part I: Statc pressure measurement), Energy 111, s [14] Xongwe L., Ln W., Xnz T., Optmzed lnearzaton of chord and twst angle profles for fxed-ptch fxed-speed wnd turbne blades, Renewable Energy 57, s [15] [16] John M., 01, Desgn and Optmzaton of a Small Wnd Turbne, Rensselaer Polytechnc Insttute Hartford, Connectcut. [17] Habal S. M., Saleh I. A., 000, Local desgn, testng and manufacturng of small mxed arfol wnd turbne blades of glass fber renforced plastcs Part I: Desgn of the blade and root, Energy Converson & Management 41, s [18] Klunk E., Yılmaz N., 009, HAWT Rotor Desgn and Performance Analyss, Proceedngs of the ASME 009 3rd Internatonal Conference of Energy Sustanablty.