Aerodynamic simulations of wind turbine blade sections with optimized boundary layer suction flow control
Rüzgar türbini pala kesitlerinin eniyileştirilmiş sınır tabaka emme akış kontrolü ile aerodinamik simülasyonları
- Tez No: 811686
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Akış denetimi, Emme, Rüzgar türbinleri, Sayısal akışkanlar dinamiği, Sınır tabaka, İstatistiksel deney tasarımı, Flow control, Suction, Wind turbines, Computational fluids dynamic, Boundary layer, Statistical experimental design
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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.
Özet (Çeviri)
Increasing wind turbine rotor diameters to harvest electricity as much as possible causes problems reducing the aerodynamic efficiency of the turbine. Flow control strategies, such as boundary layer suction (BLS), offer promising solutions for this problem. BLS removes low-energy flow within the boundary layer, significantly enhancing blade section aerodynamics. This study investigates the impact of BLS on wind turbine blade sections, specifically at the root and tip sections, using the CFD solver SU2. The CFD methodology is validated with multiple experimental test cases, followed by a mesh independence study. Design of Experiments methodology and an optimization framework are then employed. 2D CFD simulations are conducted on the blade sections of the DTU 10-MW Reference Wind Turbine. Response surfaces are generated to analyze the correlation between flow control parameters and airfoil performance. Airfoil polars with flow control are integrated into a Blade Element Momentum (BEM) theory code to assess the impact on wind turbine power generation under different conditions. Results demonstrate that BLS significantly improves aerodynamic efficiency and mitigates flow separation, leading to weaker trailing-edge vortices. Correlation analysis reveals strong relationships between BLS variables and airfoil-scale performance, although variations exist among different airfoils and angles of attack. Optimization results show substantial enhancements in the lift coefficient and lift-to-drag ratio. Lastly, BEM analyses with airfoil polars incorporating BLS uncover the net increase in the contribution of the blade elements to the rotor power generation and predict annual energy production gains of more than 3% with BLS flow control.
Benzer Tezler
- Rüzgâr türbini kanatlarındaki buzlanmanın türbin yüklerine etkisinin incelenmesi
Wind turbine load analysis of blade icing condition
CEM ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEP PARLAR
- Yatay eksenli rüzgar türbinlerinin aerodinamik karakteristikleri
Başlık çevirisi yok
NEVİN SALAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAHİR YAVUZ
- Küt cisimler etrafındaki dalga hareketinin vorteks metodu ile analizi
Başlık çevirisi yok
SERPİL ÖZKILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAHİR YAVUZ
- Çeşitli şekillerde düzenlenmiş iki silindir etrafındaki akım alanının incelenmesi
Investigation of the flow araund two circular cylinders in various arrangements
M.NEVZAT ÖZKAN
- Bir tip merminin hareketinin deneysel incelenmesi ve dış balistikte teorik bir yaklaşım
Theoretical and experimental investigation on external ballistic characteristics of a projectile
MEHMET AKÇAY