Energy Conversion by Helical Hydrokinetic Turbine in A Pipe

Yıl 2024, Cilt: 7 Sayı: 5, 917 - 927, 15.09.2024

Mehmet Salih Türker , Mehmet İshak Yüce

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1522745

Öz

Hidro-kinetik türbinler, nehirler, gelgit akıntıları veya okyanus akıntıları gibi su kütlelerinin hareketinde bulunan kinetik enerjiyi kullanma ve bunu elektrik enerjisine dönüştürme amacıyla tasarlanmış mekanizmalardır. Bu türbinler, rüzgar türbinlerine benzer bir prensibe göre çalışır; ancak, su akışının enerjisini kullanmak için su altına yerleştirilirler. Bu çalışma, hidro-kinetik türbinlerin temellerine odaklanır ve mevcut araştırmaları sunar. Ek olarak, hidro-kinetik türbinin bir boru içinde hidrodinamik olarak nasıl tepki verdiğini gözlemlemek için simülasyonlar yürütülmüştür. Üç kanatlı, dikey eksenli helezonlu bir hidro-kinetik türbin, dairesel bir boruya yerleştirilmiş ve değişen akım koşulları altında analize tabi tutulmuştur. Analizlerde k-ω SST türbülans modeli kullanılmıştır. Sonuçlar, türbinin açısal hızının artırılmasının başlangıçta torku ve güç katsayısını zirve noktasına ulaşana kadar artırdığını, ardından güç katsayısının azaldığını göstermiştir. En yüksek güç katsayısı 2 m/s akış hızında gözlemlenmiştir. Ayrıca, önceki çalışmalarla tutarlı olarak, boru içerisindeki hidro-kinetik türbin Betz sınırını aşmıştır.

Anahtar Kelimeler

Hidrokinetik Enerji, Boru Hidroelektrik, Helezonik Türbin, Dikey Eksen Türbin, Akım enerjisi cihazları

Energy Conversion by Helical Hydrokinetic Turbine in A Pipe

Öz

Hydrokinetic turbines are mechanisms designed for the purpose of utilizing the kinetic energy present in the movement of water bodies like rivers, tidal currents, or ocean currents, and transforming it into electrical power. These turbines function based on a principle akin to that of wind turbines; however, they are positioned underwater to harness the energy of the water flow. This study focuses on the fundamentals of hydrokinetic turbines and presents existing research. Additionally, simulations have been conducted to observe how the hydrokinetic turbine responds hydrodynamically inside a pipe. A three-bladed vertical-axis helical hydrokinetic turbine was installed within a circular conduit and subjected to analysis under varying flow conditions. The k-ω SST turbulence model was employed in the analyses. The results indicated that increasing the turbine's angular velocity initially raises the torque and the power coefficient until a peak is reached, after which the power coefficient decreases. The highest power coefficient was observed at a flow velocity of 2 m/s. Additionally, consistent with previous studies, the hydrokinetic turbine within the pipe surpassed the Betz limit.

Anahtar Kelimeler

Hydrokinetic Energy, Pipe Hydropower, Helical Turbine, Vertical Axis Turbine, Current energy devices

Kaynakça

• Al-Dabbagh MA, Yuce MI. 2018. Simulation and comparison of helical and straight-bladed hydrokinetic turbines. Int J Renew Ener Res, 8(1): 514-519.
• Al-Dabbagh MA. 2017. Simulation of Helical hydrokinetic turbines in river flows. PhD Thesis, Gazinatep University, Institute of Science, Gaziantep, Türkiye, pp: 167.