Binalara Entegre Edilmiş Helikal Aerofoil Profilli ve Icewind Tipi Türbin Kanatlarıyla Birleştirilmiş Dikey Eksenli Rüzgar Türbininin Simülasyon Tabanlı Analizi

Abstract

Dikey eksenli rüzgar türbini (VAWT), performansını artırmak amacıyla günümüzde geliştirilen ve optimize edilen bir rüzgar enerjisi sistemidir. Bu sistemlerde helikal aerofoil profilli kullanılmasının başlıca dezavantajlarından biri, türbinin ilk çalışma aşamasında düşük kalkış torku üretmesidir. Helikal aerofoil profilinin IceWind tipi türbin kanatları gibi başka bir kanat geometrisiyle entegre edilmesi, düşük tork sorununu çözmeye yardımcı olmaktadır. Bu tez kapsamında altı türbin kanadına sahip dikey eksenli rüzgar türbini VAWT tasarımı için aerodinamik özellikleri iyileştirmeye yönelik nümerik bir analiz gerçekleştirilmiştir. Nümerik simülasyonlar, Ansys Fluent yazılımı kullanılarak Kayma Gerilmeli Taşınım türbülans (Shear Stress Transport – SST) k-ω modeli ve Sonlu Hacim Yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen model, ılıman iklim kuşağında yer olan örnek bir binaya entegre edilmiş ve bu yenilikçi model sayesinde binanın enerji tüketimi azaltılmıştır. Enerji tüketimi hesaplamalarında DesignBuilder yazılımı kullanılmıştır. Test edilen üç yapılandırma arasında, üçüncü senaryo en iyi performansı göstermiş ve enerji tüketiminde %30,88 oranında azalma sağlanmış ve geri ödeme süresi 10,49 yıl olarak hesaplanmıştır.

Vertical axis wind turbine (VAWT) is one type of wind machine, which is used now a day these designs to improve the performance of the wind turbines. The main drawback when using helical airfoil blades is their low starting torque at the beginning of VAWT operation. Integrated helical airfoil with another blade shape such as (IceWind blades) helping to solve the low torque problem. In this thesis, the numerical investigation is conducted to improve the aerodynamic characteristics of the proposed design for the six-blade VAWT. Shear Stress Transport SST k-ω Turbulence Model and Finite Volume Method are used for the numerical simulation using the Ansys Fluent software. The developed model is integrated into a case building in a temperate climate zone and the energy consumption of the building is reduced by the proposed model. DesignBuilder software was used for energy consumption calculations. Among the three tested configurations, the third case showed the best performance, achieving a 30.88% reduction in energy consumption with a 10.49-year payback period.