KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ KANADINA KUŞ ÇARPMASI ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI ÖZET

Benzer belgeler
Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimi Kullanarak Rüzgâr Türbinlerinde Yük Azalımı Sağlanması

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT YÜZEYLERİNİN AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞLARI

İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

Mukavemet 1. Fatih ALİBEYOĞLU. -Çalışma Soruları-

BİR ASANSÖR KABİNİ SÜSPANSİYONU İÇİN DÜŞME ANALİZİ

KONVANSİYONEL OLMAYAN İKİ FARKLI KONTROL YÜZEYİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ VE KARŞILAŞTIRILMASI

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

3. İzmir Rüzgar Sempozyumu Ekim 2015, İzmir

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİN KANATLARININ MEKANİK TASARIM ESASLARI TEORİK MODEL

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACI KANATLARININ AĞIRLIKLARININ İNCELENMESİ

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KONTROL YÜZEYLERİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Başlıca ANALİZ TİPLERİ. ve Özellikleri

YAPI MALZEMELERİ DERS NOTLARI

Yatay Eksenli Yelkapan Palasında Tasarım Parametrelerinin Gerilme Dağılımına Etkisi

RÜZGAR TÜRBİNİ KANAT BAĞLANTI NOKTALARINDA ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN KULLANILMASI

p 2 p Üçgen levha eleman, düzlem şekil değiştirme durumu

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

MAK4061 BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

= σ ε = Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir.

HAVACILIK VE UZAY MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVAR CİHAZLARI ALIM İŞİ TEKNİK ŞARTNAME. Genel Çalışma Koşulları: 0-40 C. Sıcaklık

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI RÜZGAR ENERJİSİ SİSTEMLERİ Eğitim Merkezi Projesi

28. Sürekli kiriş örnek çözümleri

33. Üçgen levha-düzlem gerilme örnek çözümleri

Asenkron Motor Analizi

ALÜMİNYUM BİR HELİKOPTER YATAY KUYRUK KANADININ YAPISAL TASARIMI VE OPTİMİZASYONU

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

REZA SHIRZAD REZAEI 1

ENERJİ AMAÇLI RÜZGAR ÖLÇÜMÜNDE İZLENECEK YOL

ORTA BÜYÜKLÜKTE BİR NAKLİYE UÇAĞININ EKİPMAN RAFI TASARIMI

BİR RÜZGÂR TÜRBİNİNİN DEĞİŞİK KOŞULLARDAKİ DİNAMİK DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

BİR JET EĞİTİM UÇAĞI KOKPİTİNİN YAPISAL ANALİZLERİ

kılavuz rayı konsolları ve tırnakları hakkında sınırlı sayıda yayınlanmış çalışma bulunmaktadır.

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

RÜZGAR TÜRBİNİ KANADINDA AKIŞ KAYNAKLI DEFORMASYONLARININ SAYISAL VE DENEYSEL İNCELENMESİ

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü (1. ve 2.Öğretim / B Şubesi) MMK208 Mukavemet II Dersi - 1. Çalışma Soruları 23 Şubat 2019

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLARIN ÖN TASARIM SÜRECİNDE AERODİNAMİK VE YAPISAL ANALİZLERİNİN EŞLENMESİ

KOMPOZĐT VE SANDVĐÇ KĐRĐŞLERDEKĐ HASAR ŞĐDDETĐNĐN TĐTREŞĐM BAZLI ANALĐZLER VE YAPAY SĐNĐR AĞLARI ĐLE TESPĐTĐ

CETP KOMPOZİTLERİN DELİNMELERİNDEKİ İTME KUVVETİNİN ANFIS İLE MODELLENMESİ MURAT KOYUNBAKAN ALİ ÜNÜVAR OKAN DEMİR

FÜZE KANADININ SES-ÜSTÜ UÇUŞ KOŞULUNDAKİ AEROELASTİK ANALİZİ

34. Dörtgen plak örnek çözümleri

Malzemelerin Mekanik Özellikleri

Burulma (Torsion): Dairesel Kesitli Millerde Gerilme ve Şekil Değiştirmeler

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ-II

KADEMELENDİRİLMİŞ KÖPÜK MALZEMELERİN SANDVİÇ KİRİŞİN DARBE DAVRANIŞINA ETKİSİ

Hibrit ve Çelik Kablolu Köprülerin Dinamik Davranışlarının Karşılaştırılması

MAK 401 MAKİNA PROJE DERSİ KONULARI. Prof. Dr. Erdem KOÇ. Doç. Dr. Hakan ÖZCAN

MUKAVEMET-I DERSİ BAUN MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ FİNAL ÖNCESİ UYGULAMA SORULARI ARALIK-2018

Yapısal Analiz Programı SAP2000 Bilgi Aktarımı ve Kullanımı. Doç.Dr. Bilge Doran

Rüzgar Teknolojilerinde aerodinamik değişim

Hava Aracının Üzerinden Titreşim Kaynaklı Enerji Hasatı Çalışmaları

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

BİR İNSANSIZ HAVA ARACININ KONVANSİYONEL OLMAYAN ESNEK KONTROL YÜZEYLERİNİN YAPISAL ANALİZİ VE İÇ YAPISININ TASARIMI

T.C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER II DERSİ

R4 Çatı Paneli. Üretim Yeri. İstanbul

KLİMA SANTRALLERİNDEKİ BOŞ HÜCRELER İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRÜN AKIŞ ANALİZİ

Musa DEMİRCİ. KTO Karatay Üniversitesi. Konya

R 1Y kn R 1X R 1Z R 4Y R 3Y 4 R 4X R 3Z R 3X R 4Z. -90 kn. 80 kn 80 kn R 1Y =10 R 1X =-10 R 4Y =10 R 1Z =0 R 3Y =70 4 R 3X =-70 R 4X =0

R3 Çatı Paneli. Üretim Yeri İskenderun. Uygulama Alanları

Hibrit Bir Kontrol Yüzeyinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Destekli Yapısal Analizi

%100 TÜRK ÜRETİMİ YAŞAMIN KONFORU ÇEVRE DOSTU

Gerilme. Bölüm Hedefleri. Normal ve Kayma gerilmesi kavramının anlaşılması Kesme ve eksenel yük etkisindeki elemanların analiz ve tasarımı

Prof.Dr. BEYTULLAH TEMEL

N3 Çatı Paneli. Üretim Yeri İstanbul, İskenderun, Balıkesir. Uygulama Alanları

RÜZGAR TÜRBİNİ KANAT BAĞLANTI NOKTALARINDA ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN KULLANILMASI

SÜRÜKLEME DENEYİ TEORİ

SONLU ELEMANLAR YÖNTEMI ile (SAP2000 UYGULAMASI) 3D Frame Analysis. Reza SHIRZAD REZAEI

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

HİDROLİK MAKİNALAR YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

δ / = P L A E = [+35 kn](0.75 m)(10 ) = mm Sonuç pozitif olduğundan çubuk uzayacak ve A noktası yukarı doğru yer değiştirecektir.

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

ÇATI KONSTRÜKSİYONLARINDA GAZBETON UYGULAMALARI Doç.Dr.Oğuz Cem Çelik İTÜ Mimarlık Fakültesi Yapı Statiği ve Betonarme Birimi

Master Panel 1000 R7 Çatı ve Cephe

ARAÇ KAPI SIZDIRMAZLIK PROFİLLERİNDE KULLANILAN MALZEMELERİN SES İLETİM KAYBININ MODELLENMESİ VE DENEYSEL OLARAK DOĞRULANMASI

BURSA TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ DOĞA BĠLĠMLERĠ, MĠMARLIK VE MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

SANDVİÇ PANEL MEKANİK DAYANIMI

Master Panel 1000 WT Cephe

ÖZGEÇMİŞ VE YAYINLAR

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ YANDAL EĞİTİM-ÖĞRETİM PLANI

Küçük ve Mikro Ölçekli Enerji Yatırımları için Hibrit Enerji Modeli

AERODİNAMİK KUVVETLER

ĠSTANBUL BOĞAZINDAKĠ AKINTI ENERJĠSĠ YARDIMIYLA ELEKTRĠK ELDESĠ Onur TULGAS Prof.Dr. Ayşen DEMİRÖREN, Prof. Dr. Ömer GÖREN, Y.Doç.Dr.

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ÇİFT ANADAL EĞİTİM-ÖĞRETİM PLANI

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) 2 DİŞLİ ÇARKLAR I: GİRİŞ

YAPI MEKANİĞİ LABORATUVARI

MAKİNE ELEMANLARI 1 GENEL ÇALIŞMA SORULARI 1) Verilen kuvvet değerlerini yükleme türlerini yazınız.

YER HİZMETLERİ VE RAMP - I. Öğr. Gör. Gülaçtı ŞEN

TÜMLEŞİK KANAT ELEMANI - HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE DİKEY RÜZGAR TÜRBİNİ PERFORMANSININ HESAPLANMASI

vii TABLOLAR LİSTESİ

PERDELĠ BETONARME YAPILAR ĠÇĠN DOĞRUSAL OLMAYAN ANALĠZ METOTLARI

SÜPER ALAŞIMLAR Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

METAL İŞLEME TEKNOLOJİSİ. Doç. Dr. Adnan AKKURT

Varsayımlar ve Tanımlar Tekil Yükleri Aktaran Kablolar Örnekler Yayılı Yük Aktaran Kablolar. 7.3 Yatayda Yayılı Yük Aktaran Kablolar

Transkript:

VII. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 12-14 Eylül 2018, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Samsun KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ KANADINA KUŞ ÇARPMASI ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI Beyza Nur Cenkci ve Halit S. Türkmen İstanbul Teknik Üniversitesi, Uçak ve Uzay Bilimeri Fakültesi / İstanbul ÖZET Son yıllarda, dünyada petrol ürünleri yerine rüzgar enerjisi kullanımında büyük bir artış olmuştur. Bu durumda rüzgar enerjisinin sınırsız kaynak olması ve kolay dönüştürülebilir enerji olmasının büyük bir etkisi olmuştur. Söz konusu özellikler dikkate alındığında, rüzgar enerjisi kullanımı dünyada her geçen gün artmaktadır. Bununla birlikte, rüzgar türbini alanlarının bazı dezavantajları vardır ve en önemli dezavantajları doğal çevreye yerleştirilmesinden dolayı bu bölgelerdeki kuş ölümlerine neden olmasıdır. Kuş çarpmasından dolayı rüzgar türbini kanatları da zarar görebilmektedir. Bu çalışmada, küçük ölçekli yatay eksen rüzgar türbini kanadına kuş çarpması etkileri araştırılmıştır. Rüzgar türbini kanadı son sayısal teknikler kullanılarak CATIA V5 yazılımında modellenmiştir. Rüzgar türbini kanadı yapısı için kompozit malzemeler kullanılmıştır. Rüzgar türbini kanadının sonlu elemanlar modeli ANSYS yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Rüzgar türbini kanadına sınır şartları ve basınç olmak üzere yapısal yükler uygulanmıştır. Statik yapısal test sonuçları incelenmiş ve sonuçlar önceki yayınlanmış araştırmalarla makul derecede uyumlu bulunmuştur. Sonlu elemanlar ağı için hassasiyet çalışması yapılmış ve nihai ağ yapısına elde edilen sonuçlara göre karar verilmiştir. Daha sonra, kuş Düzgün Parçacık Hidrodinamiği (Smooth Particle Hydrodynamics) yöntemi kullanılarak modellenmiştir. Bu yöntemi kullanmanın amacı çarpma analizinden daha iyi sonuçlar alabilmektir. ANSYS Autodyn analiz yazılımında, zaman aralığı, etkileşim boşluğu ve kuş hızı başta olmak üzere tüm analiz koşulları belirlenmiştir. Kuş çarpmasının rüzgar türbini kanadına etkisi, rüzgar türbini kanadının yer değiştirmesi, gerilme ve gerinim dağılımları incelenip yorumlanmıştır. Elde edilen sonuçlar belirlenen dönüş ve rüzgar hızında, belirlenen yönde kuş çarpmasının kanat üzerinde bir hasar meydana getirmediğini göstermiştir. GİRİŞ Rüzgar türbinleri, rüzgar enerjisini kanatlar ve güç jeneratörü ile elektriğe çeviren basit bir çalışma prensibine sahiptir ve böylece mekanik enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Düşey eksenli rüzgar türbini ve yatay eksenli rüzgar türbini olmak üzere dönüş eksenlerine göre iki tür rüzgar türbini sistemi vardır. Yatay eksenli rüzgar türbinleri, verimlilik ve güç üretimi açısından diğer tiplerden daha avantajlıdır. Maksimum verim için kanatların rüzgar yönünde olması gerekmektedir. Kanat eğiminin değişimi yatay eksenli rüzgar türbin kanadı için optimum açıyı sağlar [Kitano ve Shraki (2010)]. Bu çalışmada, avantajlarından dolayı yatay eksenli rüzgar türbini kanadı dikkate alınmıştır. Yatay eksenli rüzgar türbini sistemi bileşenleri temel olarak kanat, rotor, dişli kutusu, jeneratör ve kuyruk pervanesidir. Rotor, maksimum yüzey alanı rüzgarını almak için aerodinamik kurallara göre tasarlanmıştır. Rotor ve jeneratör arasına yerleştirilen bir dişli sistemi ile hız arttırımı gerçekleşir. Dönme nedeniyle elektrik üretimi ise jeneratörde gerçekleşir. Yatay eksenli rüzgar türbini sisteminde, rüzgar yönü önemli bir faktördür; kuyruk kısmı, maksimum rüzgar enerjisi almak için türbini yönlendirir. 1 Yüksek Lisans Öğrencisi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Uçak ve Uzay Müh. Böl., E-posta: cenkci@itu.edu.tr 2 Prof.Dr., İTÜ, Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi, Uçak Müh. Böl., E-posta: halit@itu.edu.tr

Rüzgar türbini üzerindeki kuş çarpması etkisi büyük rüzgar türbini sahalarında çok yaygındır. Küçük rüzgar türbinine kuş çarpması olasılığı daha azdır [Loss, Will ve Marra(2013)]; Ancak yine de bu durum kanat dayanıklılığını saptamak için analiz edilmelidir. Bu çalışmada, küçük ölçekli rüzgar türbini kanadının yapısal tasarımı ve sonlu eleman modeli yapılmış ve kuş çarpması durumunda kanadın emniyetliliği incelenmiştir. Kanat CATIA V5 kullanılarak tasarlanmıştır. Statik analizleri yapılan kanat daha sonrasında kuş çarpması analizi için ANSYS Autodyn modülüne aktarılmıştır. Parametrelerin Belirlenmesi RÜZGAR TÜRBİNİ KANADININ TASARIMI Parametreler mevcut literatürdeki çalışmalar dikkate alınarak belirlenmiştir. Tablo 1: Küçük Ölçekli Rüzgar Türbüni Kanadının Parametreleri Güç Rotor çapı Kanadın kök veter uzunluğu Kanadun uç veter uzunluğu 500 W 2.47 m 149.2 mm 45 mm Kanat profili NACA 63-415 Kökteki hücum açısı 10 0 Ortadaki hücüm açısı 5 0 Uçtaki hücum açısı 0 0 Kanat Tablo 1 de verilen parametreler kullanılarak tasarlanmıştır. Kanat profillerinin yandan görünümü Şekil 1 de, kanadın CATIAV5 programındaki ön tasarımı Şekil 2 de verilmiştir. Şekil 1 : NACA 63-415 Kanat Profillerinin Yandan Görünümü Nokta ve eğrilerden oluşan kanat kesitlerine çoklu yüzey atamaları yapılmıştır. Modelde 5 tane kesit bulunmaktadır ve kalınlıklar kesitlerle orantılı olacak şekilde verilmiştir. 2

Şekil 2: Rüzgar Türbini Kanadının Katı Modeli MALZEME ÖZELLİKLERİ Mukavemet, esneklik, yüksek sıcaklık dayanımı ve özellikle çarpma dayanımı gibi birçok avantajı olduğundan dolayı, bu çalışmada kompozit malzemeler kullanılmıştır. Tasarlanan kanat, yüzey ve spar bölümleri olmak üzere iki bölümden oluşmaktadır. Cam epoksi kumaş, yüzey ve spar bölümleri için kullanılmıştır. Cam epoksi kumaş, mukavemet, çarpma dayanımı, sertlik, sıcaklık dayanımı, yorulma dayanımı ve radar şeffaflığı açısından alüminyumdan farklıdır. Bu malzeme daha iyi ağırlık ve maliyet performansına sahiptir. Hasar toleransı ve yüksek seviye gerilme dayanımı, söz konusu malzemenin seçilmesinde rol oynamıştır. Kanat yüzeyi için kompozit malzeme olan cam epoksi kumaş kullanılmıştır ve iç dolgusu için poliüretan köpük kullanılmıştır. Malzemelerin özellikleri aşağıdaki Tablo 2 de yer almaktadır. Kuş modeli yoğunluğu 1000 kg/m 3 olarak alınmıştır. Özellik Tablo 2: Kanat İçin Kullanılan Malzemelerin Özellikleri Cam/epoksi Kumaş Poliüretan Köpük E 11 (MPa) 10500 60.86 E 22 (MPa) 10500 59.86 G 12 (MPa) 1450 19.18 X t (MPa) 283.9 2.63 X c (MPa) 184.6 1.41 Y t (MPa) 283.1 2.49 Y c (MPa) 184.6 1.41 S (MPa) 1.705 0.1197 Katman kalınlığı (mm) 0.25 12.5 SONLU ELEMAN MODELLEMESİ Sonlu eleman modeli hassasiyetinin belirlenmesi için üç farklı ağ yapısı kullanılarak analiz yapılmıştır. Söz konusu analizlerde sonlu eleman boyutları değiştirilerek gerçeğe en yakın sonuç veren ağ modelinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada en iyi sonuç veren model tercih edilmiştir. ANSYS Statik Analiz modülünde yapılan analizler sırasında SHELL181 ve SURF153 elemanları kullanılmıştır. Kompozit malzeme kabuk olarak dikkate alındığı için ve altı serbestlik derecesi olan 3

SHELL181 elemanı kullanılmıştır. SURF153 elemanı ise kompozit malzeme ve köpük malzeme arasındaki ağ yapısı için tercih edilmiştir. Kuş çarpması analizi için kullanılacak kanadın sonlu eleman modeline yapılan statik analizler sonucu karar verilmiştir. KANADIN YAPISAL STATİK ANALİZİ Analizde ANSYS Statik Yapısal modül kullanılmıştır. Malzeme, ağ yapısı, kuvvetler ve mesnetler belirlendikten sonra analiz yapılmıştır. Sınır Koşulları Rüzgar hızı, bu projedeki önemli parametrelerden biridir. Bu değer her bölge veya ülke için farklıdır. Referans rüzgar hızı yerel koşullara göre alınır [Sedaghat ve Mirhosseini (2011)]. Bu projede rüzgar hızı 8 m/s olarak alınmış, herhangi bir fırtına olmadığı kabul edilmiş ve rüzgar yükü kanadın üzerine basınç alanı olarak uygulanmıştır. Kanadın kök kısmı X, Y ve Z ekseni yönlerinde ve söz konusu eksenlerin etraflarındaki dönme yönlerinde sabitlenmiştir. Analizler için eleman boyutu 5 mm olarak alınmış ve bu durumda 113451 düğüm noktası ve 13319 eleman oluşmuştur. Ağ yapısı, elde edilen gerilme ve yer değiştirme sonuçları sırasıyla Şekil 3 Şekil 5 de ve maksimum değerler Tablo 3 de verilmiştir. Analiz Sonuçları Şekil 3: Ağ Yapısı Şekil 4: Yer Değiştirme Dağılımı (mm) 4

Şekil 5: Gerilme Dağılımı (MPa) Tablo 3: Statik Yapısal Analiz Sonuçları Maksimum Yer Değiştirme (mm) 10.93 Maksimum Gerinim 0.0007245 Maksimum Gerilme (MPa) 29.91 Kompozit malzeme kullanıldığı için gerilme analizi yerine gerinim analizi sonuçları daha önemlidir [Lee ve Lim (2014)]. Örnek olarak alınan çalışmalarla karşılaştırıldığında uyumlu sonuçlar bulunmuştur. Oluşturulan kanat modeli kuş çarpması analizinde kullanılmak üzere ANSYS Autodyn modülüne aktarılmıştır. KUŞ ÇARPMASI ANALİZİ Araştırmalar arasında kuş standardizasyonu bulunmamakta ve kuş çeşitliliğinin her kuş türü için değişmesine rağmen, kuşların biyolojik parametrelerinin kullanılması rüzgar enerjisi sektöründe yaygın değildir. Tavsiye edilen ve yaygın olarak kullanılan kuş modelleri, düz uçlu silindir, elipsoid ve yarı küresel uçlu silindirlerdir. Kuş modellemesi için Düz Parçacık Hidrodinamiği yöntemi (The Smooth Particle Hydrodynamic method) kullanılmıştır. Ağ örgüsüne sahip olmayan kuş modeli, diğer yöntemlere kıyasla daha iyi sonuçlar vermektedir [Xinjun (2007)]. Silindir Kuş Modeli Şekil 6: Silindir Kuş Modeli Kuş 1345 parçacık kullanılarak modellenmiştir. Kuş, programa katı model olarak aktarılır ve düz parçacık hidrodinamiği yöntemi katı gövdeye uygulanır. Analiz Ayarları İlk olarak, statik kuvvetler, kuşun hızı ve ağ örgüsü Autodyn'e aktarılmıştır. 5

Kuşların hızı ortalama ölçümlere göre 55 m/s olarak verilmiştir. Kanat kök bölgesinden sabit bir mesnete sahiptir ve rüzgar koşullarından dolayı kuşla etkileşime giren bölümü basınç alanı etkisi altındadır. İlk boşluk mesafesi, transfer edilen modeldeki boşluk boyutuna göre otomatik olarak hesaplanan 0.7070 mm olarak alınmıştır. Analiz Sonuçları Şekil 7: Analiz Ayarları Sonrası Kuş ve Kanat Modeli Toplam beş milisaniye süren analiz 24837 döngü halinde gerçekleşmiştir. Analiz sonucunda belli zamanlarda yer değiştirme, gerilme ve gerinimler elde edilmiştir (Şekil 8 Şekil 11). Elde edilen en büyük değerler Tablo 4 de verilmiştir. Şekil 8: Yer Değiştirme Dağılımı (z) (mm) (t=2 ms) 6

Şekil 9: Yer Değiştirme Dağılımı (z) (mm) (t=5 ms) Şekil 10: Gerilme Dağılımı (x) (MPa) (t=5 ms) Şekil 11: Gerinim Dağılımı (x) (t=5 ms) Tablo 5: Kuş Çarpması Analizi Sonuçları Kuş Hızı (m/s) 55 Süre (ms) 5 Döngü Sayısı 24837 Maksimum Yer Değiştirme (mm) 7.63 Maksimum Yer Değiştirme (z) (mm) 7.59 Maksimum Gerilme (x) (MPa) 79.85 Maksimum Gerilme (y) (MPa) 41.09 Maksimum Gerilme (z) (MPa) 9.10 Maksimum Gerinim (1) 0.000678 7

İlk etki analiz başladıktan 2.8 ms sonra olmuştur ve kuş çarpması analizi 5 ms'de bitmiştir. Maksimum yer değiştirme ve maksimum gerinim makul değerlerdetir. Analiz sonuçları göstermiştir ki, kompozit kanat 4 mm kalınlığa sahiptir ve bu kalınlık değeri kuş çarpması etkisinden korunmak için yeterlidir [McCarthy (2014)]. Temel gerilmeler ve yer değiştirme sonuçları örnek alınan tez çalışmaları ile uyumludur. DEĞERLENDİRME Rüzgar türbini teknolojisinin bir çok avantajı olsa da yüksek oranlı kuş ölümlerine neden olmaktadır. Bu konuda kuş ölümlerini azaltmak için birçok proje de bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı kuş çarpmasının rüzgar türbini kanadı üzerindeki etkilerini araştırmaktır. İlk olarak, kanat ve spar tasarımı örnek çalışmalar göz önüne alınarak yapılmıştır. Küçük çaplı rüzgar türbini kanadı iki metrelik çapa sahiptir ve NACA 63-415 kanat profiline sahiptir. Kanadın yüzey tasarımı CATIA V5 yazılımında yapılmıştır. Kanat malzemesi olarak, kompozit ve köpük kullanılmıştır. ANSYS Statik Yapısal yazılımda tüm yapısal analizler yapılmıştır. Daha sonra, ANSYS Explicit Dynamics modülünde kuş çarpması analizi gerçekleştirilmiştir. Kuş modeli, CATIA V5'te katı bir model olarak yapılmış ve ayrıca modüle aktarılmıştır. Kuş modeli, ağ yapısı olmayan ve çarpma analizinde daha iyi sonuçlar elde etmek için SPH (Pürüzsüz Partikül Hidrodinamiği) parçacıkları olarak ele alındı. Yöntem, Eulerian ve Lagrangian formülasyonundan geliştirilmiş ve tüm yöntemler detaylarla açıklanmıştır. Etkileşim aralığı ve kuş hızı seçildikten sonra analiz başlatılmıştır. Analiz süresi 5 milisaniye ve 24357 döngüdür. Analiz tamamlandıktan sonra, yer değiştirme, gerilme ve gerinim sonuçları incelenmiştir. Malzeme özelliklerine ve küçük ölçekli rüzgar türbinleri ile ilgili son çalışmalara göre, kanadın verilen koşullarda kuş çarpmasına karşı yeterli dayanımda olduğu görülmüştür. Daha ileri çalışmalar için, kanat daha karmaşık modellenebilir ve kuş modeli daha büyük ve farklı hıza sahip olabilir. Kanadın malzemesinde de geliştirmeler yapılabilir. Bu araştırmadaki analiz sonuçlarının gelecek bilgi birikimi açısından önem arz ettiği düşünülmektedir. Kaynaklar [1] S. R. Loss, T. Will, and P. P. Marra (2013) Estimates of Bird Collision Mortality at Wind Facilities in the Contiguous United States, Biol. Conserv. 168, 201. [2] M. Kitano and S. Shiraki (2010) Estimation of Bird Fatalities at Wind Farms with Complex Topography and Vegetation in Hokkaido, Japan. Wildlife Soc. Bull. 37, 41. [3] A. Sedaghat, M. Mirhosseini (2011) Aerodynamic design of a 300 kw horizontal axis wind turbine for province of Semnan. Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran. [4] Xinjun, W. (2007). Dynamic response analysis of bird strike on windshield based on damage-modified nonlinear viscoelastic constitutive relation. Retrieved from https://doi.org/10.1016/s1000-9361(07)60075-2. [5] Young-Tae Lee, Hee-Chang Lim (2014) Numerical study of the aerodynamic performance of a 500 W Darrieus-type vertical-axis wind turbine Retrieved from http://soar.wichita.edu/bitstream/handle/10057/3339/t10048_walvekar.pdf?sequence=3. [6] International Electro-Technical Commission (2011) Small wind turbines. IEC 61400 2 Ed. 3. [7] Guida, M., Marulo, F., Meo, M., and Riccio, M. (2008) Analysis of Bird Impact on a Composite Tailplane Leading Edge, Applied Composite Materials. Retrieved from vol. 15, 2008, pp. 241 257. [8] McCarthy. (2004), Modelling of bird strike on an aircraft wing leading edge made from fibre metal laminates - Part 2: Modelling of impact with SPH bird model, Applied Composite Materials. Retrieved from vol. 11, 2004, pp. 317 340. 8