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



Benzer belgeler
İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Bu çalışmada, Rüzgar türbinlerinin tasarım ve performans hesaplamalarında sıkça kullanılan

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

ANOVA MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ.

DİKEY EKSENLİ DARRİEUS TİPİ SU TÜRBİNLERİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE ANALİZİ

SES-ÜSTÜ KANARD KONTROLLÜ FÜZELER İÇİN SERBEST DÖNEN KUYRUĞUN ŞEKİL OPTİMİZASYONU

DÜZ FLAPLI POZİTİF KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT PROFİLİNİN AERODİNAMİK PERFORMANSININ BİLGİSAYAR DESTEKLİ ANALİZİ

KAYSERİ PINARBAŞİ RÜZGAR POTANSİYELİNE UYGUN KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ AERODİNAMİK TASARIMI

SENTETİK JET PARAMETRELERİNİN ELİPTİK PROFİL VE KANAT KESİDİ ÜZERİNDEKİ AKIŞIN KONTROLÜ İÇİN YANIT YÜZEYİ YÖNTEMİ İLE ENİYİLEŞTİRİLMESİ

FÜZE KANADININ SES-ÜSTÜ UÇUŞ KOŞULUNDAKİ AEROELASTİK ANALİZİ

3. İzmir Rüzgar Sempozyumu Ekim 2015, İzmir

AERODİNAMİK KUVVETLER

UÇUŞ SIRASINDA BUZLANMA ANALİZLERİNDE DAMLACIK YÖRÜNGELERİNİN PARALEL HESAPLAMA YÖNTEMİYLE BELİRLENMESİ

BİR OFİS İÇİN TERMAL KONFOR ANALİZİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ VE SAYISAL ÇÖZÜMÜ

SÜRÜKLEME DENEYİ TEORİ

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

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

ENERJĐ ELDESĐNDE ORTALAMA RÜZGAR HIZI ÖLÇÜM ARALIĞI ve HELLMANN KATSAYISININ ÖNEMĐ: SÖKE ÖRNEĞĐ

AÇIK VE AÇIK JET ODALI RÜZGAR TÜNELLERİNİN TASARIMI, ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYON SONUÇLARI

Küçük ve Mikro Ölçekli Enerji Yatırımları için Hibrit Enerji Modeli

YALIN PERVANE VE KANAL İÇİ PERVANE SİSTEMİNİN SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ-II

CASA CN 235 UÇAĞININ DIŞ AERODİNAMİK YÜKLERİNİN HESAPLANMASI

Uluslararası Yavuz Tüneli

DEĞİ KEN KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT KESİTİNİN 2-BOYUTLU AERODİNAMİK ANALİZİ

Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal

NACA VE NREL S 809 KANAT KESİTLERİNİN HAD İLE ANALİZİ ANALYSING OF NACA AND NREL S 809 AIRFOILS BY CFD

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ. Doç. Dr. Tahsin Engin. Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

ÜÇ BOYUTLU SINIR TABAKA AKIŞLARININ KARARLILIK ÖZELLİKLERİNİN DOĞRUSAL KARARLILIK TEORİSİ YAKLAŞIMI İLE BELİRLENMESİ

İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

Yatay Eksenli Yelkapan Palasında Tasarım Parametrelerinin Gerilme Dağılımına Etkisi

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 4

HİDROLİK MAKİNALAR YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

İ çindekiler. xvii GİRİŞ 1 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32. xvii

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

Pervane 10. PERVANE TEORİLERİ. P 2 v 2. P 1 v 1. Gemi İlerleme Yönü P 0 = P 2. Geliştirilmiş pervane teorileri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

Savonius rüzgar türbinlerinde Reynolds sayısının etkisinin nümerik olarak incelenmesi

AKM 205 BÖLÜM 6 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

RÜZGAR ÇİFTLİĞİ POTANSİYELİNİN GÜVENİLİRLİĞE DAYALI TEORİK DAĞILIMI

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

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

TMMOB Makina Mühendisleri Odası VIII. Ulusal Uçak, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Kurultayı Mayıs 2015 / ESKİŞEHİR

RETScreen International ve ALWIN Yazılımları Kullanılarak Rüzgar Enerji Santrali Proje Analizi

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

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ KANADINA KUŞ ÇARPMASI ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI ÖZET

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT YÜZEYLERİNİN AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞLARI

RÜZGAR TÜRBİNİ KANAT BAĞLANTI NOKTALARINDA ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN KULLANILMASI

Örneğin bir önceki soruda verilen rüzgâr santralinin kapasite faktörünü bulmak istersek

KAYSERİ-PINARBAŞI RÜZGÂR POTANSİYELİNE UYGUN KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGÂR TÜRBİNİ AERODİNAMİK TASARIMI

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD)

İTKİLİ MOTORLU UÇAĞIN YATAY UÇUŞ HIZI

TOP NAMLU AĞIZ BASKISI TASARIMININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE İNCELENMESİ

AERODİNAMİK KUVVETLER

YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİN KANATLARININ MEKANİK TASARIM ESASLARI TEORİK MODEL

FAN SELECTOR FAN SELECTOR FAN SEÇİM YAZILIMI.

KONVANSİYONEL VE KONVANSİYONEL OLMAYAN KONTROL YÜZEYLERİNE SAHİP İNSANSIZ HAVA ARACIN KANATLARININ AERODİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

BİR SESALTI RÜZGAR TÜNELİ İÇERİSİNE YERLEŞTİRİLMİŞ NACA0012 KANADININ SAYISAL ANALİZİ

RÜZGAR TÜNELĐNDEKĐ KANAT PROFĐLĐNĐN DĐKEY HAREKETĐNĐN MODELLENMESĐ

YATAY UÇUŞ SEYAHAT PERFORMANSI (CRUISE PERFORMANCE)

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

Kabul Edilmiş Makale/Accepted Manuscript

HELİKOPTER KANADININ ÇIRPINMA ANALİZİ

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

BÖLÜM Turbomakinaların Temelleri:

KANAT PROFİLİ ETRAFINDAKİ SIKIŞTIRILAMAZ AKIŞ

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

Eşdeğer Deprem Yüklerinin Dağılım Biçimleri

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

Tansu Sevine, Engin Leblebici Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara

AKARSULARDA KİRLENME KONTROLÜ İÇİN BİR DİNAMİK BENZETİM YAZILIMI

Farklı Kesitlere Sahip Yüksek Binalar Üzerinde Rüzgar Etkilerinin Sayısal İncelenmesi

BÖLÜM 9 ÇÖZÜLMESİ ÖNERİLEN ÖRNEK VE PROBLEMLER

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ II FİNAL SINAVI Numara: Adı Soyadı: SORULAR-CEVAPLAR

İleri Diferansiyel Denklemler

Bölüm 7: Boyut Analizi ve Modelleme

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

RÜZGAR JENERATÖRÜ TASARIMI

KALINLIK-VETER ORANININ DÜŞÜK OK AÇILI DELTA KANAT ÜZERİNDEKİ AKIŞ YAPISINA ETKİSİNİN NÜMERİK İNCELENMESİ

Konut Tipi Rüzgar Türbini Kanatlarının Teorik Modellenmesi ve Güç Üretimini Etkileyen Belirli Aerodinamik Özelliklerin Karşılaştırılması

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. BÖLÜM 7. Adi Diferansiyel Denklemlerin Sayısal Çözümü

ÇAPRAZ AKıŞLı RÜZGÂR TÜRBINI BAŞARıMıNıN İNCELENMESI

Rüzgar Teknolojilerinde aerodinamik değişim

İdeal Akışkanların 2 ve 3 Boyutlu Akımları

Şekil 2: Kanat profili geometrisi

Fiziksel bir olayı incelemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlar; 1. Ampirik Bağıntılar 2. Boyut Analizi, Benzerlik Teorisi 3.

Dr. EMRE ALPMAN Doçent, Makine Mühendisliği Bölümü Marmara Üniversitesi, İstanbul, Türkiye

İzmir Adnan Menderes Havalimanı Yeni İç Hatlar Terminali ne Etkileyen Rüzgâr Yüklerinin CFD Metotlarıyla Belirlenmesi

RÜZGÂR TÜRBİNLERİNDE MİL MOMENTİ VE GÜÇ

Elipsoid Üçgenlerinin Hesaplanması Yedek Hesap Yüzeyi olarak Küre

MEVCUT YAPININ DEPREM PERFORMANSININ BELĐRLENMESĐ

Küçük Ölçekli Rüzgar Türbinlerinin İzmir Bölgesindeki Yıllık Üretimlerinin Belirlenmesi

DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SAN. VE TİC. LTD. ŞTİ.

KARIŞTIRICI TANKLARDA FARKLI KANAT YAPILARININ SAYISAL YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ

2. REGRESYON ANALİZİNİN TEMEL KAVRAMLARI Tanım

Elastisite Teorisi Polinomlar ile Çözüm Örnek 2

Transkript:

III. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 16-18 Eylül 2010, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir TÜMLEŞİK KANAT ELEMANI - HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE DİKEY RÜZGAR TÜRBİNİ PERFORMANSININ HESAPLANMASI Göktan GÜZEL 1 Turbotek Ltd. Şti., Ankara A. Ruhşen Çete 2 Turbotek Ltd. Şti., Ankara ÖZET Bu çalışmada Dikey Rüzgar Türbini (DRT) performansı tümleşik Kanat Elemanı - Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak hesaplanmaktadır. Kullanılan yöntemde 2 boyutlu DRT' nin bozuntusuz hava akışına olan etkisi momentum denklemine kaynak terimleri olarak eklenmektedir. Bahsi geçen kaynak terimleri Kanat Elemanı yöntemiyle çok hızlı olarak elde edilmektedir. Daha sonra tüm akış alanı HAD ile çözülmektedir. Böylece basit analitik yöntemlere kıyasla daha doğru, geleneksel HAD' e göre ise çok daha hızlı sonuçlar elde edilmektedir. GİRİŞ Son dönemde artan enerji talebi ve buna paralel olarak artan enerji fiyatları farklı enerji kaynaklarına olan ilgiyi ve talebi artırmıştır. İnsanların çevre kirliliğine olan duyarlılıklarının da etkisiyle su, güneş ve rüzgar gibi temiz enerji kaynaklarına yönelim hız kazanmıştır. Bunların içinde özellikle rüzgar enerjisi konusundaki yatırımlar son 10 yılda oldukça hızlı bir artış göstermiştir. Şekil 1' de 2001-2010(tahmini) yılları arasında dünya üzerinde kurulu rüzgar enerjisi üretimi kapasitesi gösterilmektedir. Bu şekilden de görülebileceği üzere son 10 yıl içerisinde kurulu kapasite yaklaşık 8.5 kat artmıştır. Şekil 1: Rüzgar Enerjisi Üretim Kapasitesinin Son 10 Yıldaki Değişimi [1] 1 Uçak Yüksek Mühendisi, E-posta: goktan@turbotek.com.tr 2 Dr. Uçak Mühendisi, E-posta: arcete@turbotek.com.tr

Bu artışa paralel olarak bilim insanları rüzgar türbinlerine daha fazla ilgi göstermeye başlamış ve mevcutlarının geliştirilmesi ve daha etkili türbinlerin tasarlanması için çalışmalar artmıştır. Bu çalışmalar içerisinde tasarımın bir parçası olan aerodinamik analizin gerçekleştirilmesinde ihtiyaca ve zaman sınırlamalarına göre kimi zaman analitik tabanlı araçlar kimi zaman da HAD kullanılmaktadır. Bu iki yöntemin birbirlerine göre avantajları ve dezavantajları mevcuttur. Her ne kadar analitik tabanlı araçlar hızlı sonuçlar verseler de, elde edilen sonuçlar HAD' in sağladığı sonuçlara göre daha az doğrulukta olmaktadır. Ayrıca türbin kanatları ve türbinin kendisi etrafındaki akış alanı hakkında yeterli bilgi sağlayamamaktadırlar. Bunun yanında HAD ile yapılan analizler akışın süreksiz yapısı dolayısıyla oldukça uzun zaman almaktadır. Ayrıca HAD ile tasarım iyileştirmesi yapmak yukarda bahsedilen nedenden dolayı nerdeyse imkansız hale gelmektedir. Sonuç olarak hem analitik tabanlı araçların sağladığı hızda hem de HAD' in sağladığı doğrulukta bir aracın gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu amaçla bu iki aracın tümleştirilmesi esasına dayanan Kanat Elemanı - HAD yöntemi geliştirilmiştir [3]. SAYISAL YÖNTEM Kanat Elemanı - HAD yönteminde rüzgar türbini hesaplama alanı içerisine, kalınlığı kullanılan kanatın kalınlığında olan, bir halka olarak yerleştirilir. Bu halkanın merkezi türbinin dönüş merkeziyle çakışmalıdır. Daha sonra halka belirli sayıda ve eşit aralıkta hücrelere bölünür. Bu hücrelerden her biri toplamı 360 derece olan azimuth açısının Δψ kadarlık kısmını temsil etmektedir (Şekil 2). Serbest akım y,ψ=90 Δψ ψ=180 x,ψ=0 y x ψ=270 Şekil 2: Temsili 2 Boyutlu DRT Modeli Her hücrenin merkezinde bilinen akış alanı kullanılarak hücum açısı, görece hız ve Reynolds sayıları hesaplanmaktadır. Görece hızın açısal ve radyal yönlerdeki bileşenleri aşağıdaki formuller ile ifade edilebilmektedir; 2

Bu denklemlerde ω türbinin dönüş hızını, R türbinin yarı çapını, u ve v yerel akış hızını, ve ψ hücre merkezinin açısal konumunu ifade etmektedir. Bu hız bileşenleri kullanılarak hücum açısı aşağıdaki formülle hesaplanabilir; Artık hücum açısı ve görece hız ve kanat veter uzunluğu kullanılarak hesaplanabilecek yerel Reynolds sayısı bilindiğine göre, turbin kanatlarında kullanılan profilin taşıma ve sürükleme değerlerine ait verilerin de yardımıyla söz konusu hücre merkezindeki taşıma ve sürükleme kuvvetleri elde edilebilmektedir; Yukarıdaki denklemde c kanat veter uzunluğunu ifade etmektedir. Hesaplanan yerel taşıma ve sürükleme kuvvetlerinin açısal ve radyal yönlerdeki bileşenleri aşağıda verilen formüllerle hesaplanabilir; Yine benzer şekilde, hesaplanan kuvvetlerin x ve y eksen koordinatları yönündeki bileşenlerini hesaplamak için aşağıdaki formüller kullanılır; Bu şekilde hesaplanan kuvvetler anlık kuvvetlerdir ve zamana göre ortalamalarının alınması gerekmektedir. Türbini temsil eden halka şeklindeki hesaplama bölgesi göz önüne alındığında, N adet kanata sahip türbinin bir tur dönüşü sırasında elde edilecek ortalama kuvvetler; şeklinde ifade edilebilir. Türbinin akış alanına etkisi bu kuvvetlerin ters işaretlisidir. Bu kuvvetler hücrenin hacmine bölünerek momentum denklemlerinin sağ tarafına kaynak terimi olarak eklenmektedir. Bu işlem türbinin hesaplanan verimi yakınsayana kadar her zaman adımında tekrar edilir. Türbin performansı ise aşağıda verilen formülle hesaplanmaktadır; Yukardaki denklemde S türbin süpürme alanını ifade etmektedir [3]. Yukarıda özetlenen metod ticari bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yazılımı olan FLUENT içerisine UDF (Kullanıcı Tarafından Tanımlanmış Fonksiyon) olarak eklenmiştir. DOĞRULAMA SONUÇLARI Kanat Elemanı - HAD yöntemini doğrulamak için kaynak [2]' de, yüksek çözünürlüklü Large Eddy Simülasyonu ile yapılmış olan analizlerde kullanılan DRT seçilmiştir. Bu DRT' nin seçilmesinin 3

sebebi, türbinin çalışırken kanatlarının maruz kaldığı Reynolds sayısı aralıklarında (yaklaşık 120.000 ile 700.000 arası) kullanılan kanat profiline ait deneysel taşıma ve sürükleme verilerinin [4] bulunmasıdır. Ayrıca yine aynı çalışmada bahsi geçen türbin inşa edilmiş ve deneyleri yapılmıştır. Bahsi geçen türbine ait geometrik bilgiler Tablo 1' de verilmiştir. Tablo 1: Analizi Yapılan DRT' ye Ait Bilgileri Kanat profili NACA 0018 Türbin kanat sayısı 3 Türbin yarıçapı 1.8 m. Kanat veteri 0.3 m. Kanat boyu 2.4 m. Katılık oranı 0.25 Çalışmada serbest akım hızı 6 m/s olarak belirlenmiş ve uç hız oranı 1 ile 5 arasında değişecek şekilde analizler yapılmıştır. Analizlerde hesaplama alanı içerisindeki hızların düşük değerlerde olacağı öngörüsüyle sıkıştırılamaz akış kabulü yapılmıştır. Hesaplama alanının uzak giriş sınırlarında serbest akım hızı tanımlanmış, uzak çıkış sınırlarında ise statik basınç atmosferik basınca eşitlenmiştir. Hesaplama alanının türbin civarındaki detayı Şekil 3' de gösterilmiştir. Şekil 3: Türbin Modeli Civarındaki Hesaplama Alanı Şekil 4' de analiz sonucunda farklı uç hızı oranlarında elde edilen güç katsayılarının kaynak [2]' de LES analizi ve momentum teorisi yöntemleriyle elde edilen değerlerle karşılaştırılması verilmiştir. Şekilden görülebileceği üzere her 3 yöntemle benzer sonuçlar elde edilmiştir. Bunun yanında LES ve bu çalışmada kullanılan yöntemin sonuçları daha düşük dönüş hızı için maksimum güç önermektedir. Bunun nedeni momentum teorisinin serbest akım hızında daha düşük yavaşlama tahmin etmesi olabilir. Düşük dönüş hızlarında LES ile diğer 2 yöntem sonuçları arasında büyük fark olduğu görülmüştür. Bunun nedeninin ise LES yönteminin dönüş hızının düşük ve dolayısıyla kanadın gördüğü hücum açılarının yüksek olduğu akış şartlarında, yani dinamik akış ayrılmasının 4

türbinin performansında baskın olduğu rejimde, gerçeğe daha yakın sonuçlar vermesidir. Diğer 2 yöntemde dinamik akış ayrılması göz önüne alınmadığından ve sadece deney sonuçlarına dayalı taşıma ve sürükleme verileri kullanıldığı için, yanlış sonuçlar verdikleri düşünülmektedir. Aynı çalışmada yapılan deneyler de göstermiştir ki türbin uç hız oranının 2 olduğu çalışma durumunda kendisi dönmekte, yani pozitif tork üretmektedir. Bu da LES sonuçlarının doğruluğunu göstermektedir. Yüksek dönüş hızları (düşük hücum açıları) için her 3 yöntem de oldukça yakın sonuçlar vermektedir. Ayrıca belirtilmelidir ki momentum yöntemi yüksek dönüş hızları veya yüksek katılık oranları için kararlı olmayan sonuçlar üretebilmektedir [5]. Şekil 4 : Güç Katsayısı - Uç Hız Oranı Karşılaştırması Şekil 5 ve Şekil 6' da sırasıyla uç hız oranları 2 ve 4 için LES analizi ve bu çalışmada kullanılan yöntemle elde edilen tork değerlerinin azimuthal değişiminin karşılaştırılması verilmiştir. Şekil 5: Uç Hız Oranı 2 İçin Tork Değişimi Karşılaştırması 5

Şekil 6: Uç Hız Oranı 4 İçin Tork Değişimi Karşılaştırması Şekil 5' deki karşılaştırma yukarda bahsi geçen uyumsuzluğu daha iyi açıklamaktadır. Tekrarlanacak olursa düşük dönüş hızları ve dolayısıyla yüksek hücum açıları (azimuth açısı 90 derece civarında) için LES yöntemi yüksek tork tahmin etmektedir. Bunun nedeni de kanat üzerindeki ayrılmayı gerekli doğrulukta tahmin edebilmesidir. Şekil 6' de ise dönüş hızının yüksek ve hücum açısının düşük olduğu rejimde LES ve kullanılan yönteminle elde edilen tork dağılımının oldukça uyumlu oldukları görülmektedir. Yine aynı DRT için, uç hız oranının 4 olduğu çalışma koşulunda, tek denklemli türbülans modeline (Spalart-Allmaras) dayanan HAD çözümü de yapılmıştır. Buradaki amaç güncel yöntem sonucunda ortaya çıkan akış alanını HAD çözümleriyle karşılaştırmaktır. HAD çözümünde DRT, dönen ve hareketsiz iki hesaplama alanı şeklinde modellenmiştir. Hesaplama alanının türbin civarındaki detayı Şekil 7' de gösterilmiştir. Şekil 7: Türbin Modeli Civarındaki Hesaplama Alanı 6

Bu çözüm için de sıkıştırılamaz akış kabulu yapılmış ve hesaplama alanının uzak sınırlarında, güncel yöntemdekine benzer sınır koşulları kullanılmıştır. Her zaman adımında DRT' nin yarattığı tork gözlemlenmiş ve tork değerleri periyodik yakınsama gösterene kadar hesaplamaya devam edilmiştir. Şekil 8' de HAD çözümünün yakınsama grafiği gösterilmiştir. Bu şekilde görülebileceği üzere HAD çözümünün yakınsaması oldukça uzun zaman almaktadır. Intel I7, 8 çekirdekli ve 3.07 Ghz hızda işlemcili PC' de, çözüm yaklaşık olarak 36 saat sürmüştür. Yakınsama sağlandıktan sonra çözüme akış alanının zaman ortalaması elde edilene kadar devam edilmiştir. Şekil 8: HAD Çözümünün Yakınsama Grafiği Şekil 9' da aynı uç hız oranı için güncel yöntem sonucunda elde edilmiş olan basınç alanı gösterilmektedir.şekil 10' da ise aynı şartlar için HAD ile elde edilen basınç alanı gösterilmiştir. Şekil 11 ve Şekil 12' de ise sırasıyla güncel yöntem ve HAD ile elde edilmiş hız alanları gösterilmiştir. Bu şekillerden görülmektedirki her iki yöntem de benzer akış alanları hesaplamaktadır. Buradan güncel yöntemin DTR'lerin çevreleriyle etkileşimini içeren problemlerde kullanılabileceği görülmektedir. 7

Şekil 9: Türbin Civarında Basınç Konturları (güncel yöntem) Şekil 10: Türbin Civarında Basınç Konturları (HAD) 8

Şekil 11: Türbin Civarında Hız Konturları (güncel yöntem) Şekil 12: Türbin Civarında Basınç Konturları (HAD) 9

SONUÇ Bu çalışmada kanat elemanı ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemlerinin beraber uygulanması esasına dayanan ve hız ve doğruluk açısından her iki yöntemin arasında yer alan bir metod uygulanmıştır. Uygulanan metodun sonuçları diğer bir çalışmada uygulanan HAD ve momentum teoremi yöntemlerinin sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve tatmin edici oldukları görülmüştür. Ayrıca aynı türbin HAD ile tek denklemli türbülans modeli kullanılarak modellenmiş ve bu analizin sonucunda çıkan akım alanına ilişkin detaylar yeni yöntemin sonuçlarıyla karşılaştırılmış. Sonuç olarak söylenebilir ki, yeni metod DRT' lerin tasarım ve iyileştirme çalışmalarında büyük kolaylık sağlamaktadır. Ayrıca yalın DRT' lerin modellenmesinde olduğu gibi, ileride karşılaşabilinecek rüzgar tarlası veya bina çatıları üzerindeki DRT' lerinin modellenmesi gibi etkileşim problemlerinde de tasarım ve iyileştirme süresinde büyük tasarruf sağlayabileceği öngörülmektedir. Kaynaklar [1] World Wind Energy Report. 2009 [2] Iida, A., Kato, K., and Mizuno, A., "Numerical Simulation of Unsteady Flow and Aerodynamic Performance of Vertical Axis Wind Turbines with LES", 16th Australasian Fluid Mechanics Conference, Gold Coast, Australia, December 2007 [3] Antheaume, S., Maitre, T., and Achard, J., "A Innovative Modelling Approach to Investigate the Efficiency of Cross Flow Water Turbine Farms", 2nd IAHR International Meeting of the Workgroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems, Timisoara, Romania, October 2007 [4] Sheldahl, R. E. and Klimas, P. C., "Aerodynamic Characteristics of Seven Airfoil Sections Through 180 Degrees Angle of Attack for Use in Aerodynamic Analysis of Vertical Axis Wind Turbines", SAND80-2114, Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico March 1981 [5] Paraschivoiu, I., "Double-Multiple Streamtube Model for Studying Vertical-Axis Wind Turbines", AIAA Journal of Propulsion and Power, Vol. 4, 1988 10