Alt Yüzeyi Modifiye Edilmiş NACA 63-415 Kanat Profilinin Aerodinamik Performansının Sayısal Analizi

Öz

Nüfusun artması ve teknolojik gelişmelere bağlı olarak dünyada enerji tüketimi hızla artmaktadır. Fosil yakıtların rezervlerinin sınırlı olması ve çevreye olumsuz etkilerinden dolayı yenilenebilir enerji kaynakları önem kazanmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgârdaki kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren rüzgâr türbinlerinin veriminin artırılmasında kanat geometrisin tasarımı önemlidir. Bu çalışmada rüzgâr türbinlerinde kullanılan NACA 63-415 kanat profilinin alt yüzeyinin geometrisindeki değişikliğin aerodinamik performansa etkisi ANSYS Fluent hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımı ile sayısal olarak araştırılmıştır. 1,6x106 Reynold sayısında, 0°-20° hücum açısı aralığında literatürdeki deneysel kaldırma katsayısı (CL) değerleriyle Spalarat Almaras ve SST k-ω türbülans modelleri kullanılarak elde edilen sayısal CL değerleri karşılaştırılmıştır. SST k-ω türbülans modeliyle elde edilen Cl değerleri deneysel verilere daha iyi uyum sağladığı için hesaplamalar bu modelle yapılmıştır. Bu çalışmada, NACA 63-415 kanat profilinin alt yüzeyinin boyutları % 10, % 20 ve % 30 azaltılarak sırasıyla NCAY10, NCAY20 ve NCAY30 kanat profilleri üretilmiştir. Sayısal sonuçlar yeni kanat profillerinin NACA 63-415 kanat profiline göre aerodinamik performansı iyileştirdiğini ve maksimum CL/CD değerlerinin NCAY30 kanat profili ile elde edildiğini göstermiştir. Bu çalışmanın mevcut kanat profillerinin performansını artırmada literatüre katkıda bulunacağı düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Rüzgar Türbini
• NACA 63-415 Kanat Profili
• Kanat Profili Yüzeyi Şekli
• Aerodinamik Performans
• HAD

Numerical Analysis of the Aerodynamic Performance of the NACA 63-415 Airfoil with Modified Lower Surface

Abstract

Energy consumption in the world is increasing rapidly due to population growth and technological developments. Renewable energy sources have gained importance thanks to fossil fuel reserves being limited and their negative impacts on the environment. The design of blade geometry is crucial to enhancing the efficiency of wind turbines that convert kinetic energy in the wind, one of the renewable energy sources, into electrical energy. In this study, the effect of the change in the geometry of the lower surface of the NACA 63-415 airfoil used in wind turbines on aerodynamic performance was investigated numerically with the ANSYS Fluent CFD software. The experimental lift coefficient (CL) values for a range of angles of attack 0° to 20° at a Reynolds number of 1.6x106 number, were compared with the numerical CL values obtained using Spalarat Almaras and SST k-ω turbulence models. Since CL values obtained by the SST k-ω turbulence model fitted better with the experimental data, the calculations were performed using this model. In this study, NCAY10, NCAY20 and NCAY30 blade profiles were produced by reducing the dimensions of the lower surface of the NACA 63-415 airfoil by 10%, 20% and 30%, respectively. Numerical results showed that the new airfoils improved the aerodynamic performance compared to the NACA 63-415 airfoil and the maximum CL/CD values were obtained using the NCAY30 airfoil. It is thought that this study will contribute to the literature on enhancing the performance of the existing airfoils.

Keywords

• Wind Turbine
• NACA 63-415 Airfoil
• Airfoil Surface Shape
• Aerodynamic Performance
• CFD

Kaynakça

1. AYDIN, İ. (2013). Balikesir’de Rüzgâr Enerjisi. Doğu Coğrafya Dergisi, 18(29), 29-50.
2. Martin O.L. Hansen, Aerodynamics of Wind Turbine, Second Edition, Earthscan, UK and USA, 2008.
3. Erişen, A., & Bakırcı, M. (2014) “NACA 0012 ve NACA 4412 kanat kesitlerinin yeniden tasarlanarak HAD ile analiz edilmesi,” Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi, 1: 50-82.
4. Yılmaz, İ., Çam, Ö., Taştan, M., & Karcı, A. (2016) “Farklı Rüzgar Türbin Kanat Profillerinin Aerodinamik Performansının Deneysel İncelenmesi,” Politeknik Dergisi, 19(4), 577-584.
5. Şahin, İ. & Acır, A. (2015) “Numerical and experimental ınvestigations of lift and drag performances of NACA 0015 wind turbine airfoil,” International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing, 3(1): 22-25
6. Sogukpinar, H. (2017) “Numerical simulation of 4-digit inclined NACA 00xx airfoils to find optimum angle of attack for airplane wing.” Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 22(1), 169-178.
7. Tanürün, H. E., Ata, İ., Canlı, M. E., & Acır, A. (2020) “Farklı açıklık oranlarındaki NACA-0018 rüzgâr türbini kanat modeli performansının sayısal ve deneysel incelenmesi,” Politeknik Dergisi, 23(2): 371-381.
8. Düz, H. (2016) “Rüzgar türbinleri için farklı kanat profillerinin sayısal olarak test edilmesi,” Academic Platform Journal of Engineering and Science, 4(2).

9. Özkan, M., & Erkan, O. (2022) “Control of a boundary layer over a wind turbine blade using distributed passive roughness,” Renewable Energy, volume 184, pages 421-429.
10. Güleren, K. M., & Demir, S. (2011) “Rüzgar türbinleri için düşük hücum açılarında farklı kanat profillerinin performans analizi,” Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 31(2), 51-59.
11. Spalart; P., Allmaras; S., (January 1992) “A one-equation turbulence model for aerodynamic flows,” 30th Aerosp. Sci. Meet. Exhib.
12. ANSYS FLUENT 19.2 (2018) Theory Guide, Ansys Inc., Canonsburg PA, USA.
13. Langtry, R. B. & Menter, F. R. (2009) “Correlation-based transition modeling for unstructured parallelized computational fluid dynamics codes,” AIAA Journal, 47(12), 2894-2906.
14. Bertagnolio, F., Sørensen, N., Johansen, J., & Fuglsang, P. (2001) “Wind turbine airfoil catalogue,” Denmark. Forskningscenter Risoe. Risoe-R No. 1280(EN).