Akarsu uygulaması için bir dikey eksenli su türbininin akış ve güç parametrelerinin incelenmesi

Abstract

Bu deneysel çalışmada, 5 kW'lık bir türbin gücü ve 2.2 – 2.5 m/s arasındaki serbest akış hızı için üç kanatlı dikey eksenli bir Darrieus türbin hesabı ve tasarımı yapılmıştır. Katılık oranı (σ), yaklaşık 1,1 ve hücum açısı α=-2 olarak belirlenmiştir. Burada, Adana'daki TS3 isimli sulama kanalı ölçüleri referans alınarak kanat veter uzunluğu (CL), türbin yarıçapı (R) ve türbin kanat yüksekliği (H) optimum değerleri hesaplanmıştır. Hesaplanan değerlere göre 3D katı modelleme programı kullanılarak prototip tasarımı yapılmıştır. Deneysel olarak akış analizlerinin yapılabilmesi için protip'e ait ¼ ölçekli türbin modeli üretimi yapılmıştır. Akış analizinde, 4 farklı azimut açısı, θ=270°, θ=240°, θ=210°, θ=180° ve 3 farklı Re, 9000, 14000 ve 20000 sayıları için PIV yöntemi kullanılarak yapılan deneylerde türbin ve kanatları etrafındaki akışta meydana gelen değişimler incelenmiştir. Burada hesaplanmış olan Reynolds sayıları kanat veter uzunluğuna bağlı olarak hesaplanmış (ReCL)'dir. Akış analizleri sonucu zaman ortalamalı hız vektörleri <V>, ortalama akım çizgileri <> ve ortalama girdap alanları <ω> elde edilmiş ve yorumlanmıştır. Kanat pozisyonlarının değişimine göre zaman ortalamalı hız vektörlerinin <V>, ortalama akım çizgilerinin <> ve ortalama girdap alanlarının <ω> şekilleri ve oluştukları bölgelerin değiştiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, girdap odak (F) noktalarının ve duraklama (S) noktalarının oluşumu gözlemlenmiştir. Reynolds sayısının artışına bağlı olarak ise akış yapılarında değişmelerin yanında F ve S noktalarının oluştukları koordinatların değişimi gözlemlenmiştir.

In this experimental study, it has been designed and calculated of (3 bladed) Darrieus wind turbine (with 3 blades) which has the power of 5 kW in the vertical axis for free stream velocity between 2.2-2.5 m/s. Rigidity ratio (σ) and attack angle (α) are defined as 1.1 and -2 respectively. Here, the sizes of TS3 that is an irrigation canal in Adana are taken as references or (used) for the optimum values of chord length (CL), radius (R), and height of the turbine blades (H). A prototype design has been performed by using a 3D solid modelling software with respect to optimum values obtained from the canal in Adana. A ¼ scale turbine has been modelled and produced to analyse of the flow of the prototype experimentally. Changes in the flow around the blades and the turbine have been investigated experimentally by using PIV method for 4 different azimuth angles θ=270°, θ=240°, θ=210°, θ=180° and 3 different Re numbers 9000, 14000, and 20000. Here, the Reynolds numbers are obtained using the chord length (ReCL). As a result of the flow analysis, time-averaged velocity vectors <V> averaged flow lines <> mean vortex fields <ω> were obtained and interpreted. It was observed that change in the shapes and the regions where time-averaged velocity vectors <V>, averaged flow lines <> average vortex fields <ω> occur. Furthermore, formations of the vortex focal (F) and stagnation (S) areas were observed. The increase in the Reynolds number causes a change in the formation coordinates of F and S points as well as the change in the flow structures