Savonius rüzgar türbinlerinde Reynolds sayısının etkisinin nümerik olarak incelenmesi

Yıl 2018, Cilt: 9 Sayı: 1, 185 - 193, 04.04.2018

Utku Şentürk Aydoğan Özdamar

Öz

Yatay eksenli rüzgar türbinlerinin yaygın olarak kullanılmalarının başlıca nedeni, kuşkusuz, yüksek enerji verimliliğine sahip olmalarıdır. Ancak bu tip türbinlerin geometrik yapıları gereği üretimleri görece zordur. Bir düşey eksenli rüzgar türbini olan Savonius rüzgar türbini ise, çok daha ilkel bir geometriye sahiptir. Bundan ötürü, üretim olanaklarının ve yöntemlerinin kısıtlı olduğu bölgelerde, düşük enerji verimliliğine rağmen halen bir alternatif olarak önemini korumaktadır. Bu çalışmada, Reynolds sayısının, bir Savonius rüzgar türbininin performansına etkisi, hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonları yardımıyla incelenmiştir. Çalışmada, iki boyutlu, sıkıştırılamaz, daimi olmayan ve türbülanslı akış kabulleri altında, sonlu hacimler yöntemine dayalı ANSYS Fluent ticari yazılımı kullanılmıştır. Deneysel literatür verileri ışığında doğrulanan nümerik yöntem kullanılarak gerçekleştirilen simülasyonlar ile, türbin çapı cinsinden tanımlı Reynolds sayısının 4×104, 4×105, 4×106, 8×106 ve 20×106 değerlerinde performans karakteristikleri karşılaştırılmıştır. Buna göre, Reynolds sayısının 4×106 değerinde en yüksek güç faktörü değerine ulaşılmış olup bu çalışma noktasında devirlilik sayısı 1.0 ve güç faktörü değeri 0.27 olarak bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

Savonius, rüzgar enerjisi, hesaplamalı akışkanlar dinamiği, Reynolds sayısı

Kaynakça

• Akwa, J. V., da Silva Júnior, G. A. ve Petry, A. P. (2012). Discussion on the verification of the overlap ratio influence on performance coefficients of a Savonius wind rotor using computational fluid dynamics, Renewable Energy, 38, 1, 141-149.
• Akwa, Vicente, J., Vielmo, H. A. ve Petry, A. P., (2012). A review on the performance of Savonius wind turbines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 5: 3054-3064.
• Altan, B. D., Atılgan, M. ve Özdamar, A. (2008). An experimental study on improvement of a Savonius rotor performance with curtaining, Experimental Thermal and Fluid Science, 32, 8, 1673-1678.
• Anonim, (2014). ANSYS Fluent 14 Theory Guide, ANSYS Inc, USA.
• Blackwell, B. F., Sheldahl, R. F. ve Feltz, L. V., (1977). Wind tunnel performance data for twoand three-bucket Savonius rotors, Albuquerque, NM: Sandia Laboratories.
• D’Alessandro, V., Montelpare, S., Ricci, R. ve Secchiaroli, A. (2010). Unsteady Aerodynamics of a Savonius wind rotor: a new computational approach for the simulation of energy performance. Energy, 35, 8, 3349-3363.
• Driss, Z., Mlayeh, O., Driss, D., Maaloul, M. ve Abid, M. S. (2014). Numerical simulation and experimental validation of the turbulent flow around a small incurved Savonius wind rotor, Energy, 74, 506-517.
• Ducoin, A., Shadloo, M. S. ve Roy, S. (2017). Direct Numerical Simulation of flow instabilities over Savonius style wind turbine blades, Renewable Energy, 105, 374-385.
• Gasch, R., Twele, J. (2011). Wind power plants: fundamentals, design, construction and operation. Springer Science and Business Media.
• Menet, J., Bourabaa, N., (2004). Increase in the Savonius rotors efficiency via a parametric investigation, Proceedings of European Wind Energy, Londra.
• Menter, F. R., (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications, AIAA Journal, 32, 8, 1598-1605.
• Moné, C., Stehly, T., Maples, B. ve Settle, E. (2015), 2014 Cost of Wind Energy.
• Morshed, K. N., Rahman, M., Molina, G. ve Ahmed, M. (2013). Wind tunnel testing and numerical simulation on aerodynamic performance of a three-bladed Savonius wind turbine, International Journal of Energy and Environmental Engineering, 4, 1, 1-14.
• Sarma, N. K., Biswas, A. ve Misra, R. D. (2014). Experimental and computational evaluation of Savonius hydrokinetic turbine for low velocity condition with comparison to Savonius wind turbine at the same input power, Energy Conversion and Management, 83, 88-98.
• Sigurd, J. S., (1929). Rotor adapted to be driven by wind or flowing water, U.S. Patent No. 1 697 574, 1 Ocak 1929.
• Sun, X., Luo, D., Huang, D. ve Wu, G. (2012). Numerical study on coupling effects among multiple Savonius turbines, Journal of Renewable and Sustainable Energy, 4, 5, 053107.
• Zhou, T. ve Rempfer, D. (2013). Numerical study of detailed flow field and performance of Savonius wind turbines, Renewable energy, 51, 373-381.