Aerodynamic simulations of wind turbine blade sections with optimized boundary layer suction flow control

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Havacılık Ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: ALİ ATA ADAM

Danışman: Nilay Sezer Uzol

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Rüzgâr türbini rotor çaplarını olabildiğince fazla elektrik üretmek için artırmak, türbinin aerodinamik verimini azaltan bazı sorunlara neden olur. Sınır tabaka emme (STE) gibi akış kontrol stratejileri bu sorun için umut verici çözümler sunar. STE, sınır tabaka içindeki düşük enerjili akışı ortadan kaldırarak kanat profili aerodinamiğini önemli ölçüde geliştirir. Bu çalışma, STE'nin rüzgâr türbini pala kesitleri üzerindeki etkisini, özellikle kök ve uç kısımlarında, HAD çözücüsü SU2 kullanarak araştırmaktadır. HAD metodolojisinin doğrulaması, birden çok deneysel test durumu ile gerçekleştirilmiş ve ardından bir çözüm ağ bağımsızlık çalışması yapılmıştır. Daha sonra deney tasarımı yöntemi ve bir eniyileme çerçevesi kullanılmıştır. İki boyutlu HAD simülasyonları, DTU 10-MW Referans Rüzgar Türbininin pala kesitlerinde gerçekleştirilmiştir. Akış kontrolü parametreleri ile kanat profili performansı arasındaki ilişkiyi analiz etmek için yanıt yüzeyleri oluşturulmuştur. Akış kontrollü kanat profili aerodinamik kuvvet katsayıları, farklı koşullar altında rüzgar türbini güç üretimi üzerindeki etkiyi değerlendirmek için bir Pala Elemanı Momentum (BEM) teorisi koduna entegre edilmiştir. Sonuçlar, STE'nin aerodinamik verimliliği önemli ölçüde iyileştirdiğini ve akış ayrımını hafifleterek daha zayıf firar kenar girdaplarına yol açtığını göstermektedir. Korelasyon analizi, farklı kanat kesitleri ve hücum açıları arasında farklılıklar olmasına rağmen, STE değişkenleri ile kanat profili-ölçekli performans arasında güçlü ilişkiler olduğunu ortaya koymaktadır. Eniyileme sonuçları, taşıma katsayısında ve taşıma-sürükleme oranında önemli artışlar olduğunu göstermektedir. Son olarak, STE'li kanat kesiti aerodinamik katsayıları ile yapılan BEM analizleri, pala elemanlarının rotor güç üretimine katkısındaki net artışı ortaya çıkarmıştır ve STE ile %3'ün üzerinde yıllık enerji üretimi artışı olabileceğini göstermiştir.