DİKEY EKSENLİ DARRİEUS TİPİ SU TÜRBİNLERİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE ANALİZİ

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

ÇAPRAZ AKıŞLı RÜZGÂR TÜRBINI BAŞARıMıNıN İNCELENMESI

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

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

ANOVA MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ.

FÜZE KANADININ SES-ÜSTÜ UÇUŞ KOŞULUNDAKİ AEROELASTİK ANALİZİ

Tek ve İki Bina Etrafındaki Rüzgar Etkilerinin Sayısal Olarak İncelenmesi

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

Bu çalışmada, Rüzgar türbinlerinin tasarım ve performans hesaplamalarında sıkça kullanılan

ÇAPRAZ AKIŞLI RÜZGAR TÜRBİNİ BAŞARIMININ İNCELENMESİ

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

Kanatlarına Basamak Açmanın Darrieus Düşey Eksenli Rüzgar Türbini Güç Üretimine Etkisi

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

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

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

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

HELİKOPTER KANADINDA OLUŞAN AŞINMANIN CFD İLE 3D OLARAK MODELLENMESİ ÖZET GİRİŞ

İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

Savonius rüzgar türbinlerinde Reynolds sayısının etkisinin nümerik olarak incelenmesi

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT YÜZEYLERİNİN AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞLARI

KAYSERİ PINARBAŞİ RÜZGAR POTANSİYELİNE UYGUN KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ AERODİNAMİK TASARIMI

Dairesel Kesitli 90º Dirsekteki Akışın Üç Boyutlu Sayısal İncelenmesi

BİR OFİS ODASINDAKİ TERMAL AKIŞIN KIŞ ŞARTLARINDA SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

TOP NAMLU AĞIZ BASKISI TASARIMININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE İNCELENMESİ

RÜZGAR ENERJİSİ TEKNOLOJİSİ

İnşaat Mühendisleri Odası Ankara Şubesi Hidrolik Mühendisliğinde Sayısal Modelleme ve Yazılım Kullanımı

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

3. İzmir Rüzgar Sempozyumu Ekim 2015, İzmir

CASA CN 235 UÇAĞININ DIŞ AERODİNAMİK YÜKLERİNİN HESAPLANMASI

RETScreen International ve ALWIN Yazılımları Kullanılarak Rüzgar Enerji Santrali Proje Analizi

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

Hurşit Akpınar Yelda Özdil Rüzgar Türbini Kanatlarında Slat Kullanımının Rüzgar Türbinine Etkileri

Helezonik Savonius Türbini Đmalatı ve Deneysel Olarak Đncelenmesi

Farklı Kesitlere Sahip Yüksek Binalar Üzerinde Rüzgar Etkilerinin Sayısal İncelenmesi

YÜKSEK FROUDE SAYILARINDA ÇALIŞAN HİDROFOİLLER ÜZERİNDE SERBEST SU YÜZEYİ ETKİSİ ÖZET

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFERİ LABORATUARI

Rüzgâr Hızlarının Bina Etrafındaki Akışa ve Isı Kaybına Etkisinin Farklı Türbülans Modelleriyle Sayısal İncelenmesi

Kabul Edilmiş Makale/Accepted Manuscript

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

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

RÜZGAR TÜRBİNİ KANADINDA AKIŞ KAYNAKLI DEFORMASYONLARININ SAYISAL VE DENEYSEL İNCELENMESİ

Radyatör Arkalarına Yerleştirilen Yansıtıcı Yüzeylerin Radyatör Etkisi

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

Ti-6Al-4V Alaşımının Katı Parçacık Erozyon Davranışının Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi

ME 331 YENİLENEBİLİR ENERJİ RÜZGAR ENERJİSİ. Ceyhun Yılmaz. Afyonkocatepe Üniversitesi

HİDROLİK MAKİNALAR YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

Bir wells dalga türbininin hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi

Küçük Dikey Eksenli Rüzgâr Türbini için Basit Kontrol Tasarımı Simple Control Design for a Small Vertical Axis Wind Turbine

BÖLÜM Turbomakinaların Temelleri:

KARIŞTIRICI TANKLARDA FARKLI KANAT YAPILARININ SAYISAL YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Üç-Boyutlu Karmaşık Akış Problemlerinin Yüksek Başarımlı Hesaplamaları. Nilay Sezer-Uzol

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

(b) Model ve prototipi eşleştirmek için Reynolds benzerliğini kurmalıyız:

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

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

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

Rüzgar Teknolojilerinde aerodinamik değişim

RANQUE-HILSCH VORTEKS TÜPÜNDE FARKLI GAZLARIN DEĞİŞKEN BASINÇ DEĞERLERİNDE SOĞUTMA PERFORMANSLARININ SAYISAL İNCELENMESİ

RÜZGAR ENERJİSİ VE SİVAS ŞARTLARINDA RÜZGAR SANTRALİ TASARIMI

KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ KANADINA KUŞ ÇARPMASI ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI ÖZET

SOLIDWORKS SIMULATION EĞİTİMİ

BİR RÜZGÂR TÜRBİNİNİN DEĞİŞİK KOŞULLARDAKİ DİNAMİK DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

RÜZGAR TÜNELĐNDEKĐ KANAT PROFĐLĐNĐN DĐKEY HAREKETĐNĐN MODELLENMESĐ

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 4

DEĞİŞKEN HIZLI RÜZGÂR TÜRBİNİ SİSTEMLERİNİN ÇIKIŞ (GÜÇ) KARAKTERİSTİĞİNİN MODELLENMESİ

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:

2009 MÜFREDATI MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ / MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI SINIF: 1 DÖNEM: GÜZ. Ders Kodu Dersin Adı T P K ECTS Ders Tipi

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD)

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

RADYATÖR ARKALARINA YERLEŞTİRİLEN YANSITICI YÜZEYLERİN RADYATÖR ETKİNLİĞİNE ETKİSİ

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

(1052) AHMED MODELİ ÜZERİNDEKİ AKIŞ YAPISININ İNCELENMESİ

DİNAMİK - 1. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

Mekân İçerisindeki Radyatörlerin Etrafındaki Engellere Göre Isıl Veriminin İncelenmesi

ASKI VE İLERİ UÇUŞ ŞARTLARINDA HELİKOPTER ROTOR- GÖVDE AKIŞ ETKİLEŞİMİ İÇİN HAD ANALİZ YÖNTEMİ GELİŞTİRİLMESİ

GEMİ İTME SİSTEMİ ÇALIŞMALARINDA HESAPLAMALI DİRENÇ ANALİZLERİ

SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON

RADYATÖR FAN TASARIMI. Ahmet Açıkgöz, Mustafa Ö. Gelişli, Emre Öztürk. ANOVA Mühendislik.

SENTETĐK JET PARAMETRELERĐNĐN ELĐPTĐK PROFĐL VE KANAT KESĐDĐ ÜZERĐNDEKĐ AKIŞIN KONTROLÜ ĐÇĐN YANIT YÜZEYĐ YÖNTEMĐ ĐLE ENĐYĐLEŞTĐRĐLMESĐ

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

BİR OTOMOBİL KABİNİ İÇERİSİNDE ISITMA SÜRECİ İÇİN FARKLI HAVA HIZI KULLANIMININ SAYISAL ANALİZİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

AERODİNAMİK KUVVETLER

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

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

SÜRÜKLEME DENEYİ TEORİ

0(312)

Bozcaada'da CFD Programı Kullanarak Bir Rüzgâr Enerji Santralinin Potansiyelinin Belirlenmesi

DEĞİŞİK HAVA HIZI DEĞERLERİ KULLANILARAK YERDEN ISITMA YAPILAN VE TAZE HAVA VERİLEN BİR OFİS İÇERİSİNDEKİ KONFOR KOŞULLARININ SAYISAL ANALİZİ

GERİ BASAMAK AKIŞININ NÜMERİK ANALİZİ

RÜZGAR TÜNELİNDEKİ KANAT PROFİLİMİN DİKEY HAREKETİNİN MODELLENMESİ

Yrd. Doç. Dr. Tolga DEMİRCAN. Akışkanlar dinamiğinde deneysel yöntemler

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

2. Basınç ve Akışkanların Statiği

Küçük ve Mikro Ölçekli Enerji Yatırımları için Hibrit Enerji Modeli

BİR NAVIER-STOKES ÇÖZÜCÜ İLE DAİRESEL SİLİNDİRDEN GİRDAP YAYILIM SİMÜLASYONU

YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİN KANATLARININ MEKANİK TASARIM ESASLARI TEORİK MODEL

FLUID MECHANICS PRESSURE AND MOMENTUM FORCES A-PRESSURE FORCES. Example

ÇATI MAKASINA GELEN YÜKLER

Transkript:

DİKEY EKSENLİ DARRİEUS TİPİ SU TÜRBİNLERİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE ANALİZİ Eren DEMİRCAN, M. Halûk AKSEL ve M. Metin YAVUZ ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü ÖZET Bu çalışma Darrieus rotor tipi dikey eksenli su türbini performansının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanılarak elde edilmesini içermektedir. Çalışmada literatürde deneysel verileri bulunan dikey eksenli bir su türbininin iki boyutlu HAD modellenmesi yapılmış ve elde edilen güç katsayıları deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Ayrıca iki farklı türbülans modelinin türbin güç katsayısı elde etmedeki performansları karşılaştırılmıştır. 1.GİRİŞ Küresel ısınma, son yıllarda artan enerji talebi ve fosil yakıtların azalması, alternatif ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan gereksinimi arttırmıştır. Rüzgâr, güneş, biokütle ve dalga enerjisinin yanı sıra hidrokinetik enerji de son dönemlerde alternatif enerji kaynakları arasında yerini almaktadır. Hidrokinetik türbin (su türbini) alternatif enerji alanında yeni bir teknolojidir ve rüzgâr türbinine benzerlik gösterir. Su türbinleri temel olarak, rüzgâr türbinleri gibi dönüş eksenlerine göre yatay eksenli su türbinleri (Horizontal Axis Water Turbine-HAWT) ve dikey eksenli su türbinleri (Vertical Axis Water Turbine-VAWT) olmak üzere iki gruba ayrılır. Dikey eksenli türbinlerin verimi yatay eksenli türbinlere göre daha azdır ancak geometrik yapısının basitliği ve sapma mekanizmasına ihtiyaç duymaması yatay eksenli türbinlerden üstünlükleridir. Darrieus rotor tipi düz kanatlı türbin basit geometriye sahip dikey eksenli türbinlerden biridir. Basit bir düz kanatlı Darrieus türbini Şekil 1 de gösterilmiştir. Düz kanatlı Darrieus türbin geometrisi basit olmasına rağmen Darrieus türbinin hidrodinamiği, son derece kararsız akım alanları içermesi sebebiyle basitlikten oldukça uzaktır. Türbin dönüşü sırasında, türbin kanatlarında hücum açılarının değişmesi bu akış yapılarına neden olmaktadır. Değişik azimut açılarında Darrieus türbin kanatlarında oluşan hız üçgenleri Şekil 2 de gösterilmiştir. Şekil 2. Düz Kanatlı Darrieus Türbin (Ref. 1)

Şekil 2. Azimutal Pozisyon ve Hız Üçgen Şematiği (Ref. 2) Türbin dönüşüyle beraber, serbest akım hızı ve açısal hız kanat üzerinde bir bağıl hız oluşturmaktadır. Türbin kanadı üzerinde oluşan bağıl hız ve hücum açışı, herhangi azimutal pozisyonda sırası ile Eş.(1) ve Eş.(2) ile elde edilir. (1) (2) Burada serbest akış hızını, azimutal pozisyonu ve ise uç hız oranını göstermektedir. Uç hız oranı, kanat ucu hızının serbest akım hızına oranıdır ve Eş.(3) ile ifade edilir. (3) Burada açısal dönüş hızını, ise türbin yarıçapını belirtmektedir. Kanat hücum açılarının azimutal pozisyona bağlı değişimi Şekil 3 te gösterilmektedir.

αᵒ Hücum Açısı 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 0 60 120 180 240 300 360 ϴᵒ Azimutal Pozisyon λ=1.0 λ=1.5 λ=3.0 λ=5.0 λ=10.0 Şekil 3. Hücum Açısının Azimutal Pozisyona Göre Değişimi Türbinin serbest akıştan elde ettiği güç, akışın birim zamandaki kinetik enerjisi ile orantılıdır ve Eş.(4) ile ifade edilir. (4) Burada türbin güç katsayısını, akışkan yoğunluğunu ve akış yönüne dik olan türbin süpürme alanını ifade etmektedir. Dikey eksenli Darrieus türbin için Eş.(5) teki gibi ifade edilmektedir. (5) Burada türbin yüksekliğini ifade etmektedir. Darrieus türbin performansını tahmin etmek için birçok matematik model geliştirilmiştir. Literatürde, en çok çalışılan ve en iyi şekilde doğrulanmış matematiksel modeller momentum modelleri, girdap modelleri ve kaskat modeli olmak üzere üçe ayrılır. Momentum modellerinde temel olarak türbin akım tüplerine bölünür. Momentum modelleri indüklenmiş hızın hesaplanmasını esas alır ve indüklenmiş hız, her akım tüpünde kanatlar üzerindeki kuvvet akışkanın momentum değişim oranına eşitlenerek hesaplanır. Momentum modelleri, tek akış tüp modeli, çoklu akış tüp modeli ve çift-çoklu akış tüp modeli olmak üzere üçe ayrılır. Girdap modelleri potansiyel akım teorisini kullanır ve türbin hız alanı hesabı türbin kanatları arkasındaki girdap etkisi ile yapılır. Kaskat modelinde ise, türbin kanatlarının kaskat olarak adlandırılan düz bir düzlemde olduğu varsayılır ve türbin kanatları arasındaki mesafe türbin çember uzunluğunun kanat sayısına oranına eşittir (Ref. 3). Matematik modellemelerin yanı sıra, son dönemlerde hesaplama teknolojilerinin gelişmesiyle beraber HAD modelleri de popülerlik kazanmıştır. Rüzgâr ve su türbini optimizasyonu çalışmalarında URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes) simülasyonları yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. 2. HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ MODELİ (URANS) Bu çalışma Ref.2 de deneysel olarak çalışılan dikey eksenli bir Darrieus türbinin, iki boyutlu sayısal modellenmesini içermektedir. Deneysel çalışmada üç NACA 0018 kanatlı Darrieus türbinin, 2,8 m/s serbest akış hızında değişik uç hız oranlarında güç katsayıları elde edilmiştir. Deneyler kapalı sistem su tünelinde yapılmıştır. Türbin ve su tüneli özellikleri Tablo 1 de gösterilmektedir.

Tablo 1. Türbin ve Su Tüneli Özellikleri Özellikler Değer Kanat genişliği (mm) 32 Kanat uzunluğu (mm) 175 Türbin çapı (mm) 175 Türbin şaft çapı (mm) 32 Test odası (uzunluk x genişlik x yükseklik) (mm) 1000x700x250 Türbinin iki boyutlu modellenmesi Fluent programı kullanılarak yapılmıştır. Hesaplama ağı iç ve dış olmak üzere iki hareketsiz alan ve kanatları içeren hareketli halka alandan oluşmaktadır. Hareketli alan kayar ağ (sliding mesh) tekniği kullanılarak modellenmiştir. Alanlar arası temas yüzeyleri ise arayüz olarak tanımlanmıştır. Hesaplama ağı, türbin ve kanat çevresi detayı sırasıyla Şekil 4 ve Şekil 5 te görülmektedir. Şekil 4. Hesaplama Ağı Şekil 5. Hesaplama Ağı Türbin ve Kanat Çevresi Detayı

Türbin Güç Katsayısı Çalışmada serbest akım hızı 2,8 m/s olarak belirlenmiş ve uç hız oranı 1 ile 3 arasında değişecek şekilde 2 boyutlu modellemeler incelenmiştir. Hesaplama alanının giriş sınırında serbest akım hızı tanımlanmış, uzak çıkış sınırında ise statik basınç atmosferik basınca eşitlenmiştir. Üst ve alt sınırlar da tünel duvarlarını temsil etmesi açısında duvar olarak tanımlanmıştır. Giriş sınırı türbinden, türbin çapının altı katı kadar uzakta ve çıkış sınırı ise türbinden, türbin çapının on katı kadar uzaktadır. Analizlerde türbülans modeli olarak, literatürde bir çok kaynakta da tavsiye edilen SST k-ω türbülans modeli (Ref. 4- Ref. 7) ve Spalart Allmaras türbülans modeli (Ref. 1) kullanılmıştır. Her bir uç hız oranı için çözümün hesaplama ağından bağımsızlığı sağlanmıştır. SST k-ω ve Spalart Allmaras türbülans modellerinde duvar y+ değerinin birden küçük olmasına özen gösterilmiştir. Sunulan sonuçlarda yaklaşık 225.000 hesaplama elemanı bulunmaktadır ve her uç hız oranı için duvar y+ değeri birden küçüktür. Ayrıca, çözümün zaman adımından bağımsızlığı da sağlanmış ve her bir uç hız oranı için ½ derece dönüşe karşılık gelecek zaman adımı seçilmiştir. Analizlerde kullanılan çözüm yöntemleri ise Tablo 2 de gösterilmektedir. Tablo 2. Çözüm Yöntemleri Özellikler Basınç hız eşleme şeması (Pressure velocity coupling scheme) Gradyan (Gradient) Basınç (Pressure) Momentum Türbülans kinetik enerjisi (Turbulent kinetic energy) Özgül kayıp oranı (Specific dissipation rate) Zamana bağlı formülasyon (Transient formulation) Yöntem SIMPLE Nokta bazlı Green Gauss (Green-gause node based) İkinci derece (Second order) Akım yönünde ikinci derece (Second order upwind) Akım yönünde ikinci derece (Second order upwind) Akım yönünde ikinci derece (Second order upwind) Örtülü birinci derece (First order implicit) Şekil 6 da HAD modellemesi sonucu farklı uç hızı oranlarında elde edilen güç katsayılarının, Ref. 2 de deneysel ve HAD yöntemleriyle elde edilen güç katsayıları ile karşılaştırılması sunulmuştur. 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 Kanat Uç Hız Oranı Cp_Deneysel (Maitre et all.) Cp_HAD (Güncel Çalışma SST) Cp_HAD (Maitre et all.) Cp_HAD(Güncel Çalışma SA) Şekil 6. Güç Katsayısı - Uç Hız Oranı Karşılaştırması

Şekil 6 da görüldüğü gibi, SST k-ω türbülans modeli için hariç HAD yöntemi ile elde edilen güç katsayıları, deneysel yöntemle elde edilen güç katsayılarından büyüktür. Uç hız oranının ikiden büyük veya ikiye eşit olduğu değerlerde,, HAD yöntemi ile elde edilen değerler ile deneysel veriler benzer bir yapı göstermektedir. Bu bölgede güncel çalışmanın, deneysel verilere Ref. 2 deki HAD çalışmasından daha fazla yakınsadığı görülmektedir. Ayrıca bölgesinde, güncel HAD sonuçları ile deneysel veriler arasında sabit bir fark olduğu görülmektedir. Aradaki kayıp miktarının kanat ucu girdap ve bağlantı kayıplarında olduğu düşünülmektedir. bölgesinde, iki boyutlu modellemede SST k-ω türbülans modelinin türbin güç katsayılarını elde etmede başarılı olduğu görülmektedir. Uç hız oranının ikiden küçük olduğu bölgelerde ise,, HAD yöntemi ile elde edilen güç katsayıları, deneysel verilerden farklı bir yapı sergilemektedir. Bu uç hız oranlarında türbin performansında dinamik akış kopmasının baskın olması nedeniyle, HAD yöntemi gerçekçi sonuçlar vermemektedir. Şekil 6 da görüldüğü gibi, Spalart Allmaras türbülans modeli ile elde edilen HAD sonuçları deneysel verilere oldukça yakındır. Dinamik akış kopmasının baskın olduğu bölge olan için Spalart Allmaras türbülans modeli ile elde edilen güç katsayısının deneysel sonuca SST k-ω türbülans modelinden daha çok yakınsadığı görülmektedir. bölgesinde de Spalart Allmaras türbülans modeli deneysel sonuçlara SST k-ω türbülans modelinden daha çok yakınsamaktadır. 3. SONUÇ Bu çalışmada Darrieus rotor tipi dikey eksenli su türbinin iki boyutlu HAD modellenmesi sunulmuştur. HAD modeli için literatürde deneysel verileri bulunan bir türbin seçilmiş ve güncel HAD modeli ile elde edilen güç katsayıları deneysel güç katsayıları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca SST k-ω ve Spalart Allmaras türbülans modellerinin performansları da karşılaştırılmıştır. HAD yönteminin uç hız oranının ikiden büyük olduğu bölgelerde tatmin edici olduğu ancak dinamik akış kopmasının etkili olduğu düşük uç hız oranlarında doğru bilgi veremediği vurgulanmıştır. Ayrıca uç hız oranının ikiden büyük olduğu bölgelerde Spalart Allmaras türbülans modelinin deneysel verilere daha çok yakınsadığı gösterilmiştir. Sonuç olarak, HAD modeli Darrieus rotor tipi su türbinlerinin tasarım ve geliştirme çalışmalarında büyük kolaylık sağlamaktadır. Ayrıca yalın türbinlerin modellenmesinde olduğu gibi, ileride karşılaşılabilinecek su türbini tarlalarının modellenmesi gibi etkileşim problemlerinde de tasarım ve iyileştirme süresinde büyük tasarruf sağlayabileceği öngörülmektedir. KAYNAKLAR 1. M. Alidadi, Duct Optimization for a Ducted Vertical Axis Hydro Current Turbine. PhD thesis, The University of British Columbia, 2009. 2. T. Maître, E. Amet, C. Pellone, Modeling of the flow in a Darrieus water turbine: Wall grid refinement analysis and comparison with experiments, Renewable Energy, 51, 497-512, March 2013. 3. M. Islam, D. S.-K. Ting, and A. Fartaj, Aerodynamic models for darrieus-type straight-bladed vertical axis wind turbines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12, no. 4, 1087 1109, 2008. 4. Y. M. Dai and W. Lam, Numerical study of straight-bladed darrieus type tidal turbine, Proceedings of the ICE - Energy, 2009. 5. S. Lain and C. Osorio, Simulation and evaluation of a straight-bladed darrieus type cross flow marine turbine, Journal of Scientific and Industrial Research (JSIR), 2010. 6. R.Nobile, M.Vahdati, J. Barlow, and A. Newburn-Crook, Dynamic stall for a vertical axis wind turbine in a two-dimensional study, World Renewable Energy Congress, 2011. 7. S.Wang, D. B. Ingham, L. Ma, M. Pourkashanian, and Z. Tao, Numerical investigations on dynamic stall of low reynolds number flow around oscillating airfoils, Computers & Fluids, 39, no. 9, 1529 1541, 2010.

SUMMARY In this study, two dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling of a Darrieus rotor type vertical axis water turbine is presented. For CFD modeling, a turbine with experimental data is selected from literature and the power coefficients obtained from CFD modeling are compared with the experimental power coefficients. In addition, performances of the SST k-ω and Spalart-Allmaras turbulence models are compared. It is stated that, in regions where tip speed ratio is greater than two, CFD modeling produces quite satisfactory results, but in low tip speed ratios CFD cannot give good results. In addition, Spalart-Allmaras turbulence model converges to the experimental data better in regions where tip speed ratio is greater and equal to two. As a result, CFD modeling of Darrieus water turbines provides great convenience in design and development studies. In addition, as in modeling of standalone turbines, CFD modeling is expected to provide great saving in time for water turbine farms and turbine interaction problems.