Investigation of aerodynamic effects on performance of wind turbine blades by using finite element method

Abstract

Adı-Soyadı: Mehmet Mahir TOSUNOkul: İzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: Enerji MühendisliğiProgramı: Enerji Mühendisliği (Yüksek Lisans)Tez Başlığı: Rüzgar Türbini Kanat Profili Performansı Üzerine OlanAerodinamik Etkilerin Sonlu Elemanlar Yöntemi İleİncelenmesiÖZETBu çalışmada, İYTE kampüs alanı için en uygun rüzgar türbini rotor tasarımıaerodinamik etkiler göz önüne alınarak gerçekleştirilmiştir.Çeşitli kanat profillerinin aerodinamik özellikleri, sayısal olarak, FLUENTadlı bir yazılımın kullanımıyla belirlenmiştir. İYTE kampüs alanında ölçülen 10 myükseklikteki ortalama hız değeri için veter kalınlıkları ve burulma açıları kanatelemanı momentum teorisi uygulanarak hesaplanmıştır. Kanat tasarımında burulmaaçıları ve uç hız oranlarının etkileri incelenmiştir. Rotor performansının bulunmasıiçin kanat elemanı momentum teorisi kullanılmıştır. Yeni tasarlanan rotor kanadınınen yüksek güç katsayısı 0.4313 iken kullanılmakta olan başka bir tasarımın en yüksekgüç katsayısı 0.4044 olarak bulunmuştur.Yeni kanat tasarımının 10m yükseklikte 6.85 m/s rüzgar hızı ve 25oC çevresıcaklığı tasarım koşullarında en yüksek güç katsayısını vermesi nedeniyle yeni kanattasarımının daha verimli olduğu görülmüştür. Yeni kanat tasarımının kullanılmaktaolan diğer tasarıma göre 5.8 m/s rüzgar hızından sonraki değerlerde daha yüksek güçdeğerlerine ulaştığı gözlemlenmiştir.

Name: Mehmet Mahir TOSUNSchool: İzmir Institute of TechnologyDepartment: Energy EngineeringMajor: Energy Engineering (Master)Title of Thesis: Investigation of Aerodynamic Effects on Performance of WindTurbine Blades by Using Finite Element MethodABSTRACTIn this study, design of the most suitable wind turbine rotor for Iztech campusarea is performed by taking into account aerodynamic effects.Aerodynamic properties of various airfoils are determined, numerically, byusing a software called FLUENT. Blade element momentum theory is applied to findchord lengths and twist angles for mean wind speed at 10m height in Iztech campusarea. Rotor performance is determined by using blade element momentum theory.Effects of twist angle and tip speed ratio are investigated for blade design. Rotormaximum power coefficient of the new designed blade is found as 0.4313 whileanother design in use gives a maximum power coefficient of 0.4044.It can be noted that new designed blade is more efficient, as it gives themaximum power coefficient at design conditions, 6.85 m/s wind speed at 10 m heightand 25oC ambient temperature. It is observed that new design gives higher powervalues than the design in use, over 5.8 m/s wind speed.