Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi

Himmet Erdi TANÜRÜN, (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
İsmail ATA, (Erciyes Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi, Uzay Mühendisliği Bölümü, Kayseri, Türkiye)
Mehmet Emin CANLI, (Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye)
Adem ACIR (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü,Türkiye)
Politeknik Dergisi
46 1
Yıl: 2020 Cilt: 23 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 371 - 381 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.2339/politeknik.500043 İndeks Tarihi: 11-06-2021

Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi

Öz:
Rüzgâr enerjisinin yararlı enerjiye dönüştürülmesinde kullanılan rüzgâr türbinleri, farklı kanat modellerinden oluşmaktadır. Türbinperformansını etkileyen en önemli etkenlerden biri kanat modeli aerodinamik performansının değişimidir. Rüzgâr türbinkanatlarında kullanılması muhtemel olan NACA-0018 kanat modelinin aerodinamik performansı bu çalışma kapsamında, sayısalve deneysel olarak incelenmiştir. Performans analizi için yapılan sayısal çalışmalar hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) esasınagöre çalışan ANSYS FluentTM 14,5 yazılımında SST (Shear Stress Transport) türbülans modeli altında incelenmiştir. Sayısalçalışmalarda Reynolds (Re) sayısı 5,7x104 kabul edilmiş, 0°’den 60°’ye kadar her 2,5°’lik hücum açısı için analizlertekrarlanmıştır. Deneysel çalışmalar ise açık çevrimli rüzgâr tünelinde her 5° hücum açısı için 0°-60° aralığında gerçekleştirilmiştir.Her iki çalışmada da belirlenen hücum açılarında kanat modelinin kaldırma katsayısı (CL), sürükleme katsayısı (CD) ve aerodinamikverimlilik (CL/CD) değerleri bulunmuştur. Sayısal sonuçlara göre açıklık oranı-1 (AR1) kanat modelinde 32,5°’de irtifa kaybıgözlenirken, açıklık oranı-2 (AR2) kanat modelinde ise 25°’de irtifa kaybı söz konusudur. AR1 ve AR2 kanat modelleri için yapılandeneysel çalışma sonuçlarına göre her iki kanadın CL değeri, sayısal çalışmalar neticesinde elde edilen verilerden sırasıyla %0,41ve %2,71 oranında daha olumludur. Benzer şekilde deneysel olarak elde edilen CD değerlerinin AR1 ve AR2 kanat modeli içinsayısal verilerden sırasıyla %6,35 ve %5,16 kadar daha iyi olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Sayısal çalışma sonucu AR1 ve AR2kanat modelleri için elde edilen CL/CD değerleri aynı yapılar için ölçülen deneysel verilerden her bir kanat modeli için sırasıyla%3,86 ve %12,04 daha yüksektir. Hem deneysel hem de sayısal çalışma sonucunda NACA-0018 kanat modelinin iki farklı açıklıkoranına sahip yapılarından AR1 yapısının aerodinamik verimi, irtifa kaybı öncesi ve sonrasında AR2 kanadına göre belirgin biravantaja sahiptir.
Anahtar Kelime:

Numerical and Experimental Investigation of NACA0018 Wind Turbine Aerofoil Model Performance for Different Aspect Ratios

Öz:
Wind turbines used in the conversion of wind energy into useful energy consist of different aerofoil models. One of the most important factors affecting turbine performance is the change in aerodynamic performance of the aerofoil model. The aerodynamic performance of the NACA-0018 aerofoil model, which is likely to be used in wind turbine blades, has been investigated numerically and experimentally. Numerical studies for performance analysis were studied using ANSYS FluentTM 14,5 software, which is based on computational fluid dynamics (CFD), using SST (Shear Stress Transport) turbulence model. In numerical studies, Reynolds (Re) number was accepted as 5,7x104 , and the analyses were repeated for every 2,5° angle of attack from 0° to 60°. Experimental studies were carried out in the open loop wind tunnel between 0°-60° for every 5° angle of attack. In both studies, the lift coefficient (CL), drag coefficient (CD) and aerodynamic efficiency (CL/CD) values of the NACA-0018 aerofoil model were determined for selected attack angles. According to the numerical results, a stall occurred at 32,5° angle of attack for the AR1 model, while at 25° for the AR2 model. Considering with the results of experimental study for AR1 and AR2, the CL value of both models was 0,41% and 2,71% better than the data obtained as a result of numerical studies, respectively. Similarly, it was concluded that the experimentally obtained CD values were 6.35% and 5.16% better than the numerical data for the AR1 and AR2 models, individually. As a result of numerical study, the CL/CD values obtained for AR1 and AR2 were 3.86% and 12.04% higher for each aerofoil model than the experimental data for the same structures. As a consequence of both experimental and numerical study, the aerodynamic efficiency of the AR1 structure from the structures of NACA-0018 aerofoil models having two different aspect ratios had a significant advantage compared to the AR2 before and after the stall.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] Čarija Z., Marušić E., Novak Z. and Fućak S., “Numerical analysis of aerodynamic characteristics of a bumped leading edge turbine blade”, Engineering Review, 34(2): 93-101, (2014).
  • [2] Düz H. ve Yıldız S., “Numerical performance analyses of different aerofoils for use in wind turbines”, International Journal of Renewable Energy Development, 7(2): 151-157, (2018).
  • [3] Erişen A. ve Bakırcı M., “NACA 0012 ve NACA 4412 kanat kesitlerinin yeniden tasarlanarak HAD ile analiz edilmesi”, Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi, 1: 50-82, (2014).
  • [4] Gugliya P. S., Jaiswal Y. R., Chhajed A. B., Jain S. V. and Thakare H. R., “CFD analysis of airfoil NACA0012”, International Journal of Modern Trends in Engineering and Research, 2(7): 1605-1609, (2015).
  • [5] Patel K. S., Patel S. B., Patel U. B. and Ahuja A. P., “CFD analysis of an aerofoil. International Journal of Engineering Research, 3(3): 154-158, (2014).
  • [6] Şahin İ. ve Acır A. “Numerical and experimental investigations of lift and drag performances of NACA 0015 wind turbine aerofoil”, International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing, 3(1): 22-25, (2015).
  • [7] Chen J., Wang Q., Zhang S., Eecen P. and Grasso F., “A new direct design method of wind turbine aerofoils and wind tunnel experiment”, Applied Mathematical Modelling, 40(3): 2002-2014, (2016).
  • [8] Maulana M. I., Qaedy T. M. A. and Nawawi M., “Design analysis of vertical wind turbine with aerofoil variation”, Proceeding of the 4th International Conference and Exhibition on Sustainable Energy and Advanced materials (ICE-SEAM 2015), 1717: 1–6, (2016).
  • [9] Saad M. M. M., Bin Mohd S., Zulkafli M. F. and Shibani W. M. E., “Numerical analysis for comparison of aerodynamic characteristics of six aerofoils’’, AIP Conf. Proc., 1831(1): 20004, (2017).
  • [10] Suvanjumrat C., “Comparison of turbulence models for flow past NACA0015 airfoil using OpenFOAM”. Engineering Journal, 21(3), 207-221, (2017).
  • [11] Chumbre V, Rushikesh T, Umatar S and Kerur S. M., “CFD analysis of aerofoil sections”, International Research Journal of Engineering and Technology, 5(7): 349-353, (2018).
  • [12] Tanürün H. E ve Acır A.,” Modifiye edilmiş NACA-0015 kanat yapısında tüberkül etkisinin sayısal analizi”, Politeknik Dergisi, 22(1): 185-195, (2019).
  • [13] Xiao S. and Chen Z., “Investigation of flow over the aerofoil NACA-10-35 with various angle of attack” 2nd International Conference on Mechanical, Material and Aerospace Engineering, 1-10, Wuhan, China, (2018).
  • [14] Ameur H. and Boukhadia K., “Numerical study of air flow over a NACA 0015 wind turbine aerofoil”, Preprints Journal, (2018), (Baskıda).
  • [15] Rao K. S., Chakravarthy M. A., Babu G. S. and Rajesh M., “Modelling and simulation of aerofoil element”, International Research Journal of Engineering and Technology, 5(2): 2056-2059, (2018).
  • [16] Anyoji M., Wakui S., Hamada D. and Aono, H., “Experimental study of owl-like aerofoil aerodynamics at low Reynolds numbers”, Journal of Flow Control, Measurement & Visualization, 6(3): 185-197, (2018).
  • [17] Rogowski K., Hansen M. O. L., Hansen R., Piechna J. and Lichota P., “Detached eddy simulation model for the DU91-W2-250 aerofoil”, Journal of Physics: Conference Series, 1037(2): 1-9, (2018).
  • [18] Gore K., Gote A., Govale A., Kanawade A. and Humane S., “Aerodynamic analysis of aircraft wings using CFD”, International Research Journal of Engineering and Technology, 5(6): 639-644, (2018).
  • [19] Bedon G., Paulsen U. S., Madsen H. A., Belloni F., Castelli M. R. and Benini E., “Computational assessment of the DeepWind aerodynamic performance with different blade and airfoil configurations”, Applied Energy, 185, 1100-1108, (2017).
  • [20] Hassan G. E., Hassan A. and Youssef M. E., “Numerical investigation of medium range Re number aerodynamics characteristics for NACA0018 airfoil”, CFD Letters, 6(4): 175-187, (2014).
  • [21] Rogowski K., Hansen M. O. L. and Maronski R., “Steady and unsteady analysis of NACA 0018 airfoil in verticalaxis wind turbine”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 56, 203-212, (2018).
  • [22] Shukla V. and Kaviti A. K., “Performance evaluation of profile modifications on straight-bladed vertical axis wind turbine by energy and Spalart Allmaras models”, Energy, 126, 766-795, (2017).
  • [23] Sadikin A., Yunus N. A. M., Hamid S. A. A., Ismail A. E., Salleh S., Ahmad S., Rahman M. N. A., Mahzan S. and Ayop S. S., “A comparative study of turbulence models on aerodynamics characteristics of a NACA0012 airfoil”, International Journal of Integrated Engineering, 10(1): 134-137, (2018).
  • [24] Islam Md. S., Hakim S. M., Ali M. and Islam Md. Q., “Numerical investigation on boundary layer control through moving surface in NACA 0012 airfoil”, 7th BSME International Conference on Thermal Engineering AIP Conference Proceedings, 1851, 20111-20117, (2017).
  • [25] Ansys Fluent 2012. Shear-Stress Transport (SST) k-ꞷ model, Ansys Fluent 12 theory guide. http://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/htm l/th/node67.htm.
  • [26] Bakırcı M., Ceylan H. ve Yılmaz S., “NACA 23012 ve NREL S 809 kanat kesitlerinin HAD ile analizi”, Electronic Journal of Vocational Colleges, 5(1): 52-61, (2015).
  • [27] Anderson J. D., “Computational Fluid Dynamics; The Basics with Applications”, McGraw-Hill, USA, (1995).
  • [28] https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/17.0/enus/help/flu_ug/flu_ug_mesh_quality.html.
  • [29] Ariff M., Salim S. M. and Chea S. C., ''Wall y + approach for dealing with turbulent flow over a surface mounted cube: Part 1-low Reynolds number'', Seventh International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, Australia, 1–6, (2009).
  • [30] Özmen Y. ve Baydar E., “15° eğimli beşik çatıya sahip iki bina modeli üzerindeki basınç dağılımlarına blokaj etkisi”, Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi A-Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik, 17(1): 65-77, (2015).
  • [31] Hanumanthu and Rao S. V. K., “CFD study of solids wind tunnel wall effects on wings characteristics”, Indian Journal of Science and Technology, 9(45): 1-5, (2016).
  • [32] Medici D., Ivanell S., Dahlberg A. J. and Alfredsson H. P., “The upstream flow a wind turbine: blockage effect”, Wind Energy, 14(5), 691-697, (2011).
  • [33] Gunt 2018. HM-170 open cycle wind turbine test equipment data sheet. https://www.gunt.de/images/datasheet/769/HM-170- Open-wind-tunnel-gunt-769-pdf_1_en-GB.pdf.
  • [34] Kline S. J. and McClintock F. A., “Describing uncertainties in single sample experiments”, Mechanical Engineering, 75, 3-8, (1953).
  • [35] Boutilier M. S. H, “Experimental investigation of transition over a NACA 0018 airfoil at a low Reynolds number”, Yüksek Lisans Tezi, University of Waterloo, 2011.
APA TANÜRÜN H, ata i, CANLI M, Acır A (2020). Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. , 371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
Chicago TANÜRÜN HIMMET ERDI,ata ismail,CANLI MEHMET EMIN,Acır Adem Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. (2020): 371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
MLA TANÜRÜN HIMMET ERDI,ata ismail,CANLI MEHMET EMIN,Acır Adem Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. , 2020, ss.371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
AMA TANÜRÜN H,ata i,CANLI M,Acır A Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. . 2020; 371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
Vancouver TANÜRÜN H,ata i,CANLI M,Acır A Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. . 2020; 371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
IEEE TANÜRÜN H,ata i,CANLI M,Acır A "Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi." , ss.371 - 381, 2020. 10.2339/politeknik.500043
ISNAD TANÜRÜN, HIMMET ERDI vd. "Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi". (2020), 371-381. https://doi.org/10.2339/politeknik.500043
APA TANÜRÜN H, ata i, CANLI M, Acır A (2020). Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. Politeknik Dergisi, 23(2), 371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
Chicago TANÜRÜN HIMMET ERDI,ata ismail,CANLI MEHMET EMIN,Acır Adem Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. Politeknik Dergisi 23, no.2 (2020): 371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
MLA TANÜRÜN HIMMET ERDI,ata ismail,CANLI MEHMET EMIN,Acır Adem Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. Politeknik Dergisi, vol.23, no.2, 2020, ss.371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
AMA TANÜRÜN H,ata i,CANLI M,Acır A Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. Politeknik Dergisi. 2020; 23(2): 371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
Vancouver TANÜRÜN H,ata i,CANLI M,Acır A Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi. Politeknik Dergisi. 2020; 23(2): 371 - 381. 10.2339/politeknik.500043
IEEE TANÜRÜN H,ata i,CANLI M,Acır A "Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi." Politeknik Dergisi, 23, ss.371 - 381, 2020. 10.2339/politeknik.500043
ISNAD TANÜRÜN, HIMMET ERDI vd. "Farklı Açıklık Oranlarındaki NACA-0018 Rüzgâr Türbini Kanat Modeli Performansının Sayısal ve Deneysel İncelenmesi". Politeknik Dergisi 23/2 (2020), 371-381. https://doi.org/10.2339/politeknik.500043
Sayfa Oluşturulma Tarihi
07-05-2024 12:48

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları