Flow field around hydrokinetic turbines

Abstract

Temiz, yenilenebilir ve çevre dostu enerji üretim yöntemlerinden biri de dere, nehir ve okyanuslarda akış halindeki sulardan hidrokinetik enerji türbinleri yardımıyla enerji elde edilmesidir. Hidrokinetik türbinlerin genel verim ve teknolojileri hususunda geleneksel hidroelektrik türbinlerine nazaran geliştirilmeleri gerekmektedir. Hidrokinetik enerji, henüz yeni bir enerji üretme metodu olarak ortaya çıktığı için genel verim ve teknoloji hususunda daha da geliştirilmesi gerekmektedir.Hidrokinetik türbinler, geleneksel hidroelektrik türbinlere nazaran yeni nesil çevreci enerji üretimi yapmaktadır. Bu türbinlerinin verimlerinin artırılması konusunda daha fazla çalışma yapılmalıdır. Bu çalışmada çapraz akışlı dik eksenli hidrokinetik türbinler analiz edilmiştir. Çapraz akışlı türbinler, yatay eksenli türbinlere nazaran farklı prensiplerle çalışmaktadırlar. Bu türbinler, suyun akış yönünden bağımsız olmaları, tüm yönlerden gelen su vektörlerini yakalayabilmeleri, birden fazla türbinin yanyana dizilebilmesi ve kendiliğinden başlayabilme mekanizması gibi avantajlara sahiptirler. Bu çalışmada Gorlov ve Darrieus tarzı çapraz akışlı türbinler 3 boyutlu tam gelişmiş dikdörtgensel açık kanalda hesaplamalı akışkanlar dinamiği metodolojisi kullanılarak analiz edildi. Simülasyonlar numerik RANS (Reynolds averaged Navier-Stokes) denklemleri kullanılarak yapıldı. Numerik çalışmalarda hesaplamalıa kışkanlar dinamiği konusuda dünyada, en, çokkullanılana kademik ve ticari yazılım olan ANSYSFLUENT. İle yapıldı.Türbin dizaynının. HAD ile yapılması, deney ve optimizasyonlarda kullanılan gerçek ölçekli türbin prototiplerine yapılacak masraf ve zahmeti büyük ölçüde azaltmakta olup montajlama, su tabanı topoğrafyası vb. hususlaraçısındankolaylıklarsağlamaktadır.ANAHTAR KELİMELER: Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Hidrokinetik Türbinler, Kinetik enerji, yenilenebilir enerji, ANSYS FLUENT

In the search for clean, renewable and sustainable energy, the hydrokinetic energy which is harnessed from moving water of rivers, streams and oceans is being studied as a predictable and environmentally benign source. Compare to conventional hydropower turbines, hydrokinetic turbines are new technology in electricity generation and need to be improved from efficiency point of view. In this study, a vertical axis cross-flow hydrokinetic turbine, namely, a modified form of Savonius turbine was investigated. The working principles of cross-flow hydrokinetic turbines are different from those of commonly used horizontal axis turbines. The advantages of this type of turbines are; independency from the current direction including reversibility, stacking and self-starting without complex pitching mechanisms. The turbine has been simulated in a three dimensional and fully developed rectangular open channel flow. Computational fluid dynamics (CFD) simulation of the hydrokinetic turbine was performed by computationally solving the Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equations (RANS). In computational studies ANSYS FLUENT, which is commercially available software was employed. CFD can be used to support turbine design and performance over a wide range of parameters to minimize the number of prototypes which are used for optimization and experimental studies. CFD can also provide a cost-effective way of evaluating detailed full scale effects, such as mooring lines or local bottom bathymetry features, on both turbine performance and environmental assessment.Keywords: Computational Fluid Dynamics, Hydrokinetic Turbines, Kinetic Energy, Renewable Energy, ANSYS FLUENT