OPTIMISATION OF VERTICAL AXIS WIND TURBINE BY USE INOVATIVE DESIGN

Abstract

ABSTRACT

In the context of interests in the sector of renewable energies in general and wind energy in particular, the topic of this thesis revolved around the design and manufacture of a unique system of vertical axis wind turbines and its comparison with other systems known to specialists and those interested in the sector of wind energy. This thesis is divided into seven stages, which are sequenced as follows. Work began with the selection of an appropriate analytical mathematical model. The Multi-Stream Tube model was chosen, where modifications were made to match the target study cases. In the second stage, a programming process for the Multi-Stream Tube model was carried out by Microsoft Visual Software, Therefore, the computer program was designed and called Al-Hashem VAWT Soft. Before starting the third stage, the quality of the results of the computer program was verified by comparing its theoretical results with previous reliable laboratory results. The third stage included a pneumatic kinematic analysis using the designed computer program, where three engineering designs of vertical axis propellers were studied, and they are the original Darrieus rotor in the shape of a parabolic, the modified Darrieus rotor that takes the shape of rectangle or square and an innovative air rotor in this thesis where half of its area is the upper is similar to the trapezoid, as well as the lower. Fourth stage the Solidwork program was used to design three types of wind rotor with different geometric shapes in order to be used in the fifth stage. The three designs are slant straight blade vertical axis wind turbine with inclination angels 35 Degree, 55 Degree and 85 Degree. In the fifth stage, a computer program called Ansys Fluent was used in order to work on physical modeling of designs extracted from Solidworks and to compare them physically in terms of the effect of aerodynamic on them during their rotation. Based on all of the above stages, a prototype was manufactured, which is an innovative vertical axis air fan. During this thesis, its geometric shape can change to 64 configurations by changing the angles of its blades. In the context of this thesis, it was called Sannuga system SS-VAWT 01, where “Sannuga” is relative to the surname of the author of this thesis, “SS” stands for Slant Street Blade, “VAWT” is a vertical axis wind turbine and “01” indicates that this is the first version of the design. In the eighth and final phase, preliminary field tests of the Sannuga system SS-VAWT 01 prototype were conducted. A comparison was made between the findings of some of the eight stages, the results were compatible, and one of the most important results obtained was to determine the optimal geometric shape of a vertical axis wind rotor in terms of aerodynamic efficiency.

ÖZET

Genel olarak yenilenebilir enerjiler ve özel olarak rüzgar enerjisi alanındaki ilgiler bağlamında, bu tezin konusu, benzersiz bir dikey eksenli rüzgar türbini sisteminin tasarımı ve üretimi ve bunun uzmanlar tarafından bilinen diğer sistemlerle ve diğer sistemlerle karşılaştırılması etrafında dönüyordu. rüzgar enerjisi alanına ilgi duymaktadır. Bu tez, aşağıdaki gibi sıralanan yedi aşamaya ayrılmıştır. Çalışma, uygun bir analitik matematiksel modelin seçilmesiyle başladı. Hedef çalışma durumlarını eşleştirmek için değişikliklerin yapıldığı Multi-Stream Tube modeli seçildi. İkinci aşamada, Multi-Stream Tube modeli için Microsoft Visual Software tarafından bir programlama işlemi gerçekleştirilmiştir, bu nedenle bilgisayar programı tasarlanmış ve Al-Hashem VAWT Soft olarak adlandırılmıştır. Üçüncü aşamaya başlamadan önce, bilgisayar programının sonuçlarının kalitesi, teorik sonuçları ile önceki güvenilir laboratuvar sonuçları karşılaştırılarak doğrulandı. Üçüncü aşama, dikey eksenli pervanelerin üç mühendislik tasarımının incelendiği ve bunların bir parabolik şeklindeki orijinal Darrieus rotoru, dikdörtgen veya dikdörtgen şeklini alan modifiye Darrieus rotoru olduğu, tasarlanan bilgisayar programını kullanan bir pnömatik kinematik analizi içeriyordu. Alanının yarısının üstte olduğu bu tezde kare ve yenilikçi bir hava rotoru, yamuğun yanı sıra altta da benzer. Dördüncü aşamada Solidwork programı kullanılarak, beşinci aşamada kullanılmak üzere farklı geometrik şekillere sahip üç tip rüzgar rotoru tasarlanmıştır. Üç tasarım, eğim melekleri 35 Derece, 55 Derece ve 85 Derece ile eğimli düz kanatlı dikey eksenli rüzgar türbinidir. Beşinci aşamada, Solidworks'ten çıkarılan tasarımların fiziksel modellemesi üzerinde çalışmak ve dönmeleri sırasında aerodinamiğin üzerlerindeki etkisi açısından fiziksel olarak karşılaştırmak için Ansys Fluent adlı bir bilgisayar programı kullanılmıştır. Yukarıdaki aşamaların tümüne dayanarak, yenilikçi bir dikey eksenli hava fanı olan bir prototip üretildi. Bu tez sırasında, kanatlarının açıları değiştirilerek geometrik şekli 64 konfigürasyona dönüşebilir. Bu tez bağlamında, Sannuga sistemi SS-VAWT 01 olarak adlandırılmıştır, burada “Sannuga” bu tezin yazarının soyadına göredir, “SS” Slant Street Blade anlamına gelir, “VAWT” dikey eksenli bir rüzgardır. türbin ve “01”, bunun tasarımın ilk versiyonu olduğunu gösterir. Sekizinci ve son aşamada, Sannuga sistemi SS-VAWT 01 prototipinin ön saha testleri yapıldı. Sekiz aşamadan bazılarının sonuçları arasında bir karşılaştırma yapıldı, sonuçlar uyumluydu ve elde edilen en önemli sonuçlardan biri, aerodinamik verimlilik açısından dikey eksenli bir rüzgar rotorunun optimal geometrik şeklini belirlemekti.