Search

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 4×10 4 , 4×10 5 , 4×10 6 , 8×10 6 ve 20×10 6 değerlerinde performans karakteristikleri karşılaştırılmıştır. Buna göre, Reynolds sayısının 4×10 6 değerinde en yüksek güç faktörü değerine ulaşılmış olup bu çalışma noktasında devirlilik sayısı 1.0 ve güç faktörü değeri 0.27 olarak bulunmuştur.

…

In this work, experimental and numerical studies are presented for a heat recovery ventilation unit. The results obtained from the performance testing of the heat recovery unit following TS EN 308 standard are used in the validation of computational fluid dynamics (CFD) simulations. The number of channels in the core which comprises counter-flow and cross-flow heat exchangers are modeled realistically. For about 62 million-cell mesh size; the percent errors for core pressure drop and air temperature at the core outlet in the cold air region are 9,4% and 5,12%, respectively. It’s shown that the method can be utilized as a major tool in the design with the help of parallel processing work stations., Bu çalışmada, bir ısı geri kazanımlı havalandırma cihazının geliştirilmesi kapsamında tamamlanmış olan deneysel ve sayısal çalışmalar sunulmaktadır. Cihazın TS EN 308 standardına uygun performans testlerinden elde edilen bulgular, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonlarının doğrulanmasında kullanılmıştır. Eşanjör grubundaki kanal sayıları gerçeğe uygun olarak modellenmiş ve ısı transferi hesaplanmıştır. Cihazın soğuk ve sıcak hava tarafları bir arada modellenmiştir. Yaklaşık 62 milyon hücreli akış bölgesi için hesaplanmış olan eşanjör basınç düşümü ve eşanjörden çıkan soğuk akışkan sıcaklığı için yüzde bağıl hata değerleri, sırasıyla, %9,4 ve %5,12 olarak bulunmuştur. Yöntemin, paralel işlemcili iş istasyonların kullanımı yardımıyla, tasarımda önemli bir araç olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur.

Bu tezde, Salınan Su Sütunu tipinde, ancak daha önce literatürde yer almayan, yeni bir geometrik forma sahip bir dalga enerjisi türbini incelenmiştir. Bu enerji dönüşüm makinasının hidrodinamik veriminin, türbin parametresine bağlı optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Analitik ve nümerik yöntemler, bu hedef doğrultusunda başvurulan araştırma yöntemleridir.Tam batık ön duvarı boşluklu Salınan Su Sütunu olarak da adlandırılabilecek bu yeni dalga enerjisi türbininin analitik incelemesi, Lineer Dalga Teorisi kabulü altında gerçekleştirilmiştir. Problemi tanımlayan, Laplace Denklemi olarak da adlandırılan diferansiyel denklem, probleme özgü sınır koşulları altında çözülmüştür. Burada problem, saçılım ve yayılım problemleri kısımlarına ayrılarak çözüm elde edilmiştir. Türbini tahrik eden havanın debisi ve basınç düşümü arasındaki ilişki, lineer ve eş fazlı kabul edilmiştir. Sonuçta, dalga enerjisi türbininin geometrik parametrelerinin herhangi değeri için, optimum çalışma noktasındaki verimin, dalga frekansına bağlı değişimi saptanabilmektedir.Önerilen yeni dalga enerjisi türbininin bir dalga tankında düzenli dalgalarla etkileşimi problemi, Sonlu Hacimler Yöntemi temelli Fluent ticari yazılımı ile nümerik olarak da incelenmiştir. Burada, problemi tanımlayan, Süreklilik Denklemi, Adveksiyon Denklemi ve Navier-Stokes Denklemleri olarak da adlandırılan diferansiyel denklemlerin yaklaşık çözümleri elde edilmiştir. Çalışmanın analitik aşamasında belirlenen debi-basınç düşümü ilişkisi, yeni bir yöntemle probleme uygulanmıştır. Böylece, tamamlanan simülasyonlar sonucunda, öncelikli olarak hidrodinamik verim ve bunun yanında diğer problem parametrelerinin zamansal değişimi bulunmuştur.Analitik inceleme ile bulunan optimum çalışma noktasındaki verimin, ideal ve dönümsüz akış kabulleri altında, % 100 olduğu frekans değerleri mevcuttur. Buna karşın, nümerik inceleme ile ele alınan viskoz akışkan probleminde bulunan optimum çalışma noktasındaki verimin, % 69'u geçmediği görülmektedir. Fakat, taranan frekans aralığında, uygun boyutlandırma ile, önerilen dalga enerjisi türbininin veriminin, Evans ve Porter tarafından incelenen dalga enerjisi türbininin veriminden yüksek değerlerde olduğu durumlar, hem analitik hem de nümerik incelemeler sonucunda bulunmuştur. In this thesis, a novel, Oscillating Water Column (OWC) type wave energy converter with a modified geometry is under consideration. The optimization of the hydrodynamic efficiency of this energy converter with respect to the turbine parameter is the scope of the study. Research methods are the analytical and the numerical methods.The analytical investigation of this Oscillating Water Column which might be called an Oscillating Water Column with a gap on the fully submerged front wall, is conducted under the assumptions of the Linear Wave Theory. Laplace Equation which governs the flow is solved with the problem specific boundary conditions. The problem is decomposed into radiation and scattering parts. The flow rate of the air that drives the turbine is assumed to be linearly related and in phase with the pressure drop. As a result, optimum efficiency versus frequency can be determined for any geometrical configuration of the proposed converter.The interaction of the proposed wave energy converter with regular waves in a wave tank is investigated numerically using the Finite Volume method based commercial software Fluent. In this study approximate solutions to Continuity, Advection and Navier-Stokes Equations are found. A novel method is developed for the implementation of flow rate- pressure drop relation. Thus, hydrodynamic efficiency which is the primary parameter as well as several other problem parameters are determined numerically.Under the assumptions of ideal and irrotational flow in the analytical investigation, there exist frequencies where the optimum efficiency is 100%. On the other hand, the optimum efficiency does not exceed 69% for the viscous flow problem in the numerical investigation. By choosing the geometric parameters appropriately, it?s shown both analytically and numerically that higher efficiency values can be obtained with the proposed model compared to the converter of Evans and Porter. 156

Rüzgarın sahip olduğu kinetik enerjinin, önce mekanik enerjiye ve daha sonra elektrik enerjisine dönüştürülmesinde kullanılan rüzgar türbinlerinin tasarımı, mevcut hava akımından en verimli şekilde enerji elde etmek amacıyla yapılır. Türbin verimi veya güç faktörü (Cp), çeşitli devirlilik sayısı (?, uç hız oranı) değerleri için, genellikle, deneysel yöntemlerle hesaplanmaktadır. Elde edilen Cp - ? değerleri, incelenen türbin tasarımının performansını belirler.Bu çalışmada; profil tipi LS-1 0413 olarak seçilen, türbin yarıçapı R=20 m, dizayn devirlilik sayısı ?diz=9, dizayn hücum açısı ?diz=13,5º değerlerine sahip bir rüzgar türbininin kanadının tasarımı yapılmıştır. Daha sonra, çalışmaya özgü geliştirilen analitik yöntem ve nümerik yöntem kullanılarak, türbinin Cp - ? değerleri elde edilmiştir. Analitik ve nümerik olarak bulunan Cp ? ? değerleri, birbirleri ile uyum içindedirler.Anahtar Sözcükler:Enerji, Rüzgar enerjisi, rüzgar türbini tasarımı. The design of the wind turbines which are used for converting the kinetic energy of the wind to first mechanical then electrical energy, are made in order to acquire the energy of the air flow in a most efficient way. Generally, the efficiency, or, the power factor (Cp) of a wind turbine is calculated through experimental methods for several tip speed ratios (?). The obtained Cp ? ? values determine the performance of the designed turbine.In this study, the design of a wind turbine with a LS-1 0413 profile, R=20m of turbine radius with design tip speed ratio ?diz=9 and design angle of attack ?diz=13,5º was carried out. Afterwards, the performance of the turbine is determined by using analytical and numerical methods.Keywords: Energy, wind energy, wind turbine design. 89

Bu tez ile, dalıp çıkma hareketi yapan NACA 0012 kanat profilinin, serbest akış yapan bir ortama yerleştirilmesi ve kanat profili etrafındaki akışın açık kaynaklı bir program olan OPENFOAM (Open source Field Operation and Manipulation) ortamında geliştirilen bir çözücü ile sayısal olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında, bir serbest akım içerisinde dalıp çıkma hareketi yapmaya zorlanmış, NACA 0012 tipinde bir kanat profilinin etrafındaki akış ele alınmaktadır. Bu amaçla, daha önceki çalışmalarda geliştirilmiş olan ve açık kaynaklı OpenFOAM ortamında çalışan bir çözücü kullanılmıştır. Bu çözücü, akışkana ait hareket denklemlerini, kanat profiline yapışık, ataletsiz koordinat sistemi cinsinden ele alıp sonlu hacimler yöntemi ile çözmektedir. Akış, sıkıştırılamaz, daimî olmayan, iki boyutlu olarak kabul edilmektedir. Dalıp çıkma hareketi yapan kanat profilinin maruz kaldığı hidrodinamik kuvvet, güç ve Froude verimi karakteristikleri, literatürde mevcut çalışmalar ile karşılaştırılmış, nicel ve nitel olarak uyumlu sonuçlara ulaşıldığı görülmüştür., In this thesis, the flow around a NACA 0012 type airfoil is studied, which is forced to heave in a free stream. For this purpose, a solver developed in previous studies and working in an open source OpenFOAM environment was used. In this study, the flow around a NACA 0012 type airfoil is studied, which is forced to heave in a free stream. For this purpose, a solver developed in previous studies and working in an open source OpenFOAM environment was used. This solver treads the governing equations of the fluid in terms of non-inertial coordinate system, which is attached to the airfoil, and solves them with finite volume method. Flow is assumed to be incompressible, unsteady and two-dimensional. The characteristics of hydrodynamic force, strength and Froude efficiency exposed by the heaving airfoil were compared with some existing studies in the literature and quantitatively and qualitatively well-matched results were achieved.

Dünyadaki nüfus artışına paralel olarak enerji gereksinimi de giderek artmaktadır. Bu enerjinin büyük bir kısmı fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Bu yakıtların kullanımı birçok soruna neden olur. Bu nedenlerle, doğaya zarar vermeyen enerji üretimi, son yıllarda önem kazanmıştır. Özellikle güneş enerjisinin kullanımı giderek artmaktadır. Güneş enerjisinden enerji elde edilen sistemlerden biri de, güneş bacası sistemidir. Güneş bacası sistemleri, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılır. Güneş ışınlarından elde edilen enerji, önce ısıl enerjiye dönüştürülür. Isıl enerji, kinetik enerjiye ve son olarak da elektrik enerjisine çevrilir. Bu çalışmada, İspanya Manzanares'te kurulmuş olan güneş bacasının boyutları esas alınarak, 1:80 oranında küçültülmüş deneysel güneş bacası kurulmuştur. Kurulan prototip üzerinde belirli noktalardan sıcaklık, hız, güneş ışınımı ölçümleri alınmıştır. Daha sonra, kurulan prototipin ANSYS Fluent programı ile CFD (Computational fluid dynamics) analizi yapılmıştır. Deneysel sonuçlar program çıktıları ile karşılaştırılmıştır., In parallel with the population growth in the world, the energy requirement is gradually increasing. Most of this energy is obtained from fossil fuels. The use of these fuels causes many problems. For these reasons, energy production that does not harm the nature has gained importance of late years. In particular, the usage of solar energy is increasing. One of the systems that obtain energy from solar energy is the solar chimney system. Solar chimney systems are used to convert solar energy into electrical energy. The energy obtained from the solar radiation is first converted into thermal energy. Thermal energy is converted into kinetic energy and finally into electrical energy. In the present study, based on the dimensions of the solar chimney established in Manzanares/Spain, an experimental solar chimney scaled by 1:80 was established. Temperature, velocity and solar radiation were taken from certain points on the established prototype. Then, CFD (Computational fluid dynamics) solution of the established prototype was made with ANSYS Fluent program. Experimental results are compared with program outputs.

Bu tezde pürüzlü borular içerisinde gerçekleşen laminer akışın hidrodinamik ve ısıl karakteristikleri nümerik olarak incelenmiştir. Bunun için periyodik olarak tekrar eden boru geometrisinde hidrodinamik ve ısıl anlamda tam gelişmiş akış ele alınmıştır. Yüzeyde oluşturulan kare tipi pürüzler ile pürüzlülüğün akış üzerindeki etkisi simüle edilmiştir. Dairesel kesitli pürüzsüz borular içerisindeki Newtonien akışların hidrodinamik ve ısıl karakteristikleri analitik olarak incelenmiştir. Pürüzlü borularda eşdeğer çap tanımlanarak akışkana ait sürtünme kaybı ve ısı iletimi değerlendirilmiştir. Daha sonra pürüzlü borular için elde edilen akış profilleri, Poiseuille ve Nusselt sayıları, pürüzsüz borulardaki değerlerle karşılaştırılmıştır. Yüzey pürüzlülüğündeki artışın basınç kaybını ve ısı transferini arttırdığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, yüzey pürüzlülüğü nedeniyle basınç kaybı ve ısı transferinde gerçekleşen artış, Reynolds sayısının büyümesiyle yükselmiştir., In this thesis, hydrodynamic and thermal characteristic of laminar flow in rough pipes is analyzed by numerically. For this purpose, developed flow in pipe geometry hydrodynamically and thermally is considered periodically. The effect of the roughness on the flow is simulated by the square type roughness on surface. The hydrodynamic and thermal characteristic of Newtonian flows in circular smooth pipes are analytically analyzed. Friction loss and heat conduction in the fluid have been evaluated by determining the equivalent diameter in rough pipes. Then, the effect of roughness elements on the flow profile, Poiseuille and Nusselt number are compared with the results of smooth pipe. It is found that increasing surface roughness increases pressure loss and heat transfer. Moreover, the increase in the pressure loss and heat transfer due to surface roughness, has increased with the Reynolds number raising.

Bu tezde, türbin soğutma kanalları için soğutma havasını bir boyutlu olarak hesaplamak için TEI-TUSAŞ Motor Sanayii A.Ş.'de geliştirilmiş olan bir kodun hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri ile doğrulanması çalışılmıştır. Bu kapsamda, öncelikle HAD analizlerinin doğrulanması için literatürden bir deney düzeneği seçilmiştir. Seçilen bu deney düzeneğinde, deney sınır şartlarında iki boyutlu Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS), iki boyutlu Large Eddy Simulation (LES) yöntemleri ile HAD analizleri yapılmıştır. Yapılan HAD analizleri deney sonuçları ile kıyaslanıp, doğrulanmıştır. Sonuç olarak, doğrulanan HAD analizlerinde sınır şartları değiştirilerek, aynı şartlarda bir boyutlu türbin soğutma kodunun ve HAD analizlerinin sonuçları kıyaslanmış ve nicel olarak uyum içinde oldukları görülmüştür., In this thesis, a code developed in TEI-TUSAŞ Motor Sanayii A.Ş. is validated by computational fluid dynamics (CFD) analysis in order to calculate the cooling air for turbine cooling ducts in one dimensional. In this context, firstly, an experimental setup is selected from the literature for the verification of CFD analyzes. In this experimental setup, 2D and 3D Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) and 3D Large Eddy Simulation (LES) are used. CFD analyzes are compared with experimental results and analyses are verified. As a result, the boundary conditions are changed in the validated CFD analyzes, and the results of the 1D turbine cooling code and CFD analyzes under the same conditions are compared.

Bu tezde, sıkıştırılamaz, iki boyutlu akışların hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonları için bir çözücü geliştirilmiştir. Süreklilik ve momentum denklemleri, sonlu farklar yöntemine dayalı olarak ayrıklaştırılmış ve projeksiyon yöntemiyle çözülmüştür. Tüm sınır koşulları, denklem ayrıklaştırma aşamasında uygulanmıştır. Böylece projeksiyon yönteminin ikinci adımında ortaya çıkan düzeltilmemiş hız alanının sınır koşuluna ilişkin belirsizlik bertaraf edilmiştir. Kaydırılmış ve Kartezyen bir ağ düzeni ile birlikte, ikinci mertebeden doğruluğa sahip fark denklemleri kullanılmıştır. Zaman integrasyonunda, yayınım terimleri için Crank-Nicolson ve taşınım terimleri için Adams-Bashforth yöntemleri kullanılmıştır. Kayar kapak tahrikli kare oyuk içindeki akış test problemi olarak ele alınmış, Re=100, 400 ve 1000 değerleri için çözümler yapılmış ve literatür ile uyumlu sonuçlara ulaşılmıştır. Taylor-Green çevrisi bir diğer test problemi olarak ele alınmıştır. ANSYS Fluent programında yapılan çözümde, korunması gereken toplam kinetik enerji zaman içerisinde azalmaktadır. Geliştirilen kod ile çözüldüğünde ise enerji korunmaktadır. Böylece kodun doğrudan sayısal simülasyon (DNS) koşullarını sağladığı teyit edilmektedir., In this thesis, a solver has been developed for simulating the fluid dynamics of two-dimensional incompressible flows. The continuity and momentum equations are discretized based on the finite difference method and solved by projection method. All boundary conditions are applied in the discretization step. Thus, the ambiguity of the boundary condition of the uncorrected velocity field which occurs in the second step of the projection method is eliminated. Finite difference equations with second order accuracy are used with staggered and Cartesian mesh. Crank-Nicolson and AdamsBashforth methods are used for the time integration of the diffusion and the convection terms. Lid-driven cavity problem is taken as a test problem and solutions are found for Re=100, 400 and 1000 and the results were in agreement with the literature. Taylor-Green vortex is also taken as another test problem. In ANSYS Fluent program, the total kinetic energy which is expected to be protected is decreasing over time. The energy is protected when it is solved with the developed code. Thus, it is confirmed that the code provides direct numerical simulation (DNS) conditions.

Bu çalışmada, düşey, düzlemsel ve rijit bir bariyerin, sabit genlik ve frekansa sahip su dalgaları ile etkileşimi problemi ele alınmıştır. Öncelikle problemin lineer dalga teorisi altında analitik çözümüne ilişkin yöntem verilmiştir. Daha sonra bir açık kaynaklı hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı olan OpenFOAM kapsamındaki modüller aracılığıyla problemin sayısal çözümü gerçekleştirilmiştir. Ön aşama olarak, iki boyutlu sayısal dalga kanalı testleri ile, bu modüllerin dalga oluşturma ve sönümleme gibi özellikleri sınanmıştır. Analitik çözümlere kıyasla görülen en yüksek hata %1 olarak bulunmuştur. Belirlenen ağ ve çözücü özellikleri, batık bariyer probleminin modellenmesinde kullanılmıştır. Bariyerden yansıyan ve üreteçten çıkan dalgalar, lineer dalga teorisine dayalı olarak ayrıştırılmış, böylece yansıma ve iletilme katsayıları hesaplanmıştır. Çeşitli dalga frekansları için bulunan sonuçlar, hem analitik çözümle hem de literatürde yer alan deneysel sonuçlarla karşılaştırmalı olarak değerlendirildiğinde, nicel ve nitel olarak yüksek uyum yakalandığı görülmüştür. Ayrıca, viskozite etkilerinin de hesaba katılmasıyla, lineer teoride ihmal edilen enerji kayıpları da belirlenmiş; bu kayıpların başlıca nedeninin bariyer ucundaki çevri oluşumu olduğu görülmüştür., The interaction of a vertical, flat, rigid barrier with monochromatic water waves of constant amplitude is considered in this study. The method for the analytical solution to the problem under the assumptions of linear wave theory is introduced. This is followed by the numerical solution to the problem using the modules under the open-source computational fluid dynamics code OpenFOAM. As an initial stage, two-dimensional, numerical wave flume tests are carried out where the wave generation and absorbing features are tested. Maximum error relative to analytical solutions is found to be 1%. Grid and solver properties to be used for the submerged barrier problem are determined at this stage. The reflected and incident wave signals are decomposed with an approach based on the linearized theory. Results obtained for several frequencies are found to be in good agreement with the analytical computations performed here and the experimental results obtained by other researchers. Taking the viscosity effects into account, the amount of energy loss which is neglected in the linearized thory is computed. The vortex formation at the tip is found to be the primary reason for this loss.

Bu çalışmada, toplu taşıma araçlarında giderek önem kazanan elektrikli tahrik sistemleri hakkında genel bir değerlendirmeye yer verilmiştir. Bu sistemler, enerji verimliliği ve çevre açısından fosil yakıtlı sistemlere önemli bir alternatif teşkil etmektedirler. Çalışmanın amacı, toplu taşıma araçlarında elektrik enerjisinden yararlanan sistemlerin dünyada ve İzmir özelinde Türkiye'deki durumunu ortaya koymaktır. Bu kapsamda, batarya teknolojisi, araç türleri hakkında detaylı bilgi verilerek; daha sonra bu sistemlerin dünya'da ve İzmir özelinde yapılan saha uygulamalarının, çevresel etkileri ve enerji verimliliği açılarından mevcut ESHOT filosunda bulunan dizel tahrik sistemli araçlar ile karşılaştırmaları yapılmıştır. Ayrıca gelecek dönemde bu tür yatırımların planlamasında dikkate alınması gereken konularla ilgili önerilere yer verilmiştir., In this study, a general evaluation is given about the electric drive systems which are gaining importance in public transportation vehicles. These systems represent an important alternative to fossil fuel systems in terms of energy efficiency and environment. Main purpose of this study is to present and discuss the current state of electric drive system vehicles globally and particularly in Turkey, focusing İzmir's situation as an example. In this context, initially, detailed information about current battery technology and different models of electric vehicles given followed by the comparison of energy efficiency and envoiremental aspects of current diesel engined busses used by ESHOT with electric drive system busses used both globally and in İzmir particularly. Proposals considering the focal points of planning investments in this matter also added.