Development of a horizontal axis wind turbine blade profilebased on passive flow control methods
Yükleniyor...
Tarih
2021
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu tez çalışmasında pasif akış kontrol yöntemlerine dayalı yatay eksenli rüzgar türbini kanat profilinin geliştirilmesi deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Yeni kanat profili geliştirme sürecinde başlangıç noktası olarak S809, S812, S822 ve NACA 633618 gibi kanat modelleri seçilmiştir. En yüksek performansa sahip S822 profilinin seçimi, Reynolds sayısının 5·104 and 1·105 değerlerinde elde edilen deneysel sonuçlara göre yapılmıştır. Bu çalışmada, düşük Reynolds sayılarındaki çalışma şartlarına odaklanılması nedeniyle, rotor kanatları boyunca erken akış ayrımını önleyerek rotorun aerodinamik performansını artırmak amacıyla iki pasif akış kontrol tekniği kullanılmıştır. Bunun için türbin kanadının hücum kenarında tüberküller (dalgalı yapı) ve üst yüzeyinde girdap boşluğu teknikleri uygulanmıştır. Değişken genlik, dalga boyu, adım konumu, adım boyutu ve adım derinliği gibi kontrol yöntemi parametrelerinin çeşitli değerleri için 0.28 m çapa sahip onbir tane sabit kanat açılı rotor konfigürasyonu oluşturulmuş ve rüzgar tünelinde farklı serbest akış şartları altında veter uzunluğuna bağlı Reynolds sayısının 4.7·104 değerinde test edilmiştir. Bu modellerden özellikle M2 modeli temel modele kıyasla yaklaşık %2.8 daha fazla güç katsayısı oluşmakta ve ayrıca daha geniş bir uç hızı oranı aralığı için bu yüksek performans değerini sürdürmektedir. Anahtar Sözcükler: rüzgar türbinleri, küçük ölçekli rüzgar türbinleri, güç katsayısı, pasif akış kontrol teknikleri, rüzgar tüneli testi, rüzgar enerjisi, yenilenebilir enerji, kanat elemanı momentum teorisi.
In this thesis, the development of a horizontal axis wind turbine blade profile based on passive flow control methods was conducted experimentally. S809, S812, S822, and NACA633618 airfoils were chosen as a starting point in the process of developing a new blade profile. Based on the experimental results obtained for Reynolds numbers of 5·104 and 1·105 , S822 profile was selected as the best model. The fact that the present study focuses on low Reynolds numbers, two passive flow control techniques were employed with the aim of enhancing the aerodynamic performance of the rotor by means of preventing the early flow separation along the rotor blades. In this study, leading-edge tubercles and vortex cavity techniques were adopted on blade geometry along the leading edge and upper surface. Several blade configurations for variable amplitude, wavelength, step location, step size, and step depth along the upper surface of the blades were investigated. Eleven fixed-pitch rotor configurations with diameters 0.28 m were generated and tested in the wind tunnel at chord-based Reynolds number of 4.7·104 under different free-stream conditions. Among these models, especially the model M2 has approximately 2.8% higher power coefficient than the base model and also maintains higher performance values for a wider range of tip speed ratios. Keywords: wind turbines, small scale wind turbines, power coefficient, passive flow control techniques, wind tunnel testing, wind energy, renewable energy, blade element momentum theory.
In this thesis, the development of a horizontal axis wind turbine blade profile based on passive flow control methods was conducted experimentally. S809, S812, S822, and NACA633618 airfoils were chosen as a starting point in the process of developing a new blade profile. Based on the experimental results obtained for Reynolds numbers of 5·104 and 1·105 , S822 profile was selected as the best model. The fact that the present study focuses on low Reynolds numbers, two passive flow control techniques were employed with the aim of enhancing the aerodynamic performance of the rotor by means of preventing the early flow separation along the rotor blades. In this study, leading-edge tubercles and vortex cavity techniques were adopted on blade geometry along the leading edge and upper surface. Several blade configurations for variable amplitude, wavelength, step location, step size, and step depth along the upper surface of the blades were investigated. Eleven fixed-pitch rotor configurations with diameters 0.28 m were generated and tested in the wind tunnel at chord-based Reynolds number of 4.7·104 under different free-stream conditions. Among these models, especially the model M2 has approximately 2.8% higher power coefficient than the base model and also maintains higher performance values for a wider range of tip speed ratios. Keywords: wind turbines, small scale wind turbines, power coefficient, passive flow control techniques, wind tunnel testing, wind energy, renewable energy, blade element momentum theory.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Rüzgar türbinleri, Küçük ölçekli rüzgar türbinleri, Güç katsayısı, Pasif akış kontrol teknikleri, Rüzgar tüneli testi, Rüzgar enerjisi, Yenilenebilir enerji, Kanat elemanı momentum teorisi, Wind turbines, Small scale wind turbines, Power coefficient, Passive flow control techniques, Wind tunnel testing, Wind energy, Renewable energy, Blade element momentum theory
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Morına, R. (2021). Development of a horizontal axis wind turbine blade profilebased on passive flow control methods. (Doktora Tezi) Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Niğde
