NUMERICAL INVESTIGATION ON THE COOLING OF HAWT NACELLA

Abstract

ABSTRACT

Wind turbines have to keep running even when the weather is bad and the temperatures fluctuate throughout the day and the year. Most noticeably, the nacelle's electrical and electronic components could be subjected to extreme temperature changes, which could cause strains in the design that are inconsistent with the intended operation of the components. A manageable temperature inside the nacelle can be maintained by rejecting to the atmosphere the heat produced by the electrical and mechanical components as a result of various power dissipations (due to the Joule effect, friction losses released (generator, gearbox)). This is accomplished by regulating the heat exchange between the nacelle's internal air and the air outside. In this study, a liquid cooling system and forced air Colling system were used to cool the mechanical and electrical equipment. The effectiveness of cooling was evaluated by a comparison utilizing the simulation program. The Reynolds-averaged Navier-Stokes equations describe the flow of air into and out of the nacelle, as well as the flow of liquid in and out. Heat transmission has been factored in using the energy equation. The Result includes the temperature for the gearbox and generator by used a liquid and air forced cooling system. The results of the simulations showed that liquid cooling is superior to forced air cooling. Specifically, the significance of designing and implementing an effective cooling system for nacelle temperature control is given and explored.

ÖZET

Rüzgar türbinleri, hava kötü olduğunda ve sıcaklıklar gün ve yıl boyunca dalgalandığında bile çalışmaya devam etmek zorundadır. En dikkat çekici olanı, naselin elektrikli-elektronik ve mekanik bileşenleri, çalışma performanslarını düşüren aşırı mekanik gerilimlere neden olabilecek yüksek sıcaklık değerlerine maruz kalabilirler. Rüzgar türbininde oluşacak güç kayıplarını engellemek amacıyla sıcaklık değerlerini istenilen düzeyde tutmak için, elektrik ve mekanik bileşenler tarafından üretilen ısının atmosfere atılarak, nasel içinde yönetilebilir bir sıcaklık elde edilebilir. Bu, naselin iç havası ile dışarıdaki hava arasındaki ısı alışverişini düzenleyerek gerçekleştirilir. Bu çalışmada, mekanik ve elektrikli ekipmanların soğutulması için sıvı soğutma sistemi ve cebri hava soğutma sistemi kullanılmıştır. Soğutmanın etkinliği, hesaplamalı akışkanlar dinamiğini(HAD) kullanan simülasyon programı kullanılarak bir karşılaştırma yapılarak değerlendirildi. Reynolds ortalamalı Navier-Stokes denklemleri, havanın naselin içine ve dışına akışının yanı sıra sıvının içeri ve dışarı akışını tanımlar. Enerji denklemi kullanılarak ısı iletimi hesaba katılmıştır. Sonuç olarak, kullanılan sıvı ve hava soğutma sistemi ile dişli kutusu ve jeneratör sıcaklığının istenilen seviyede tutulması sağlanabildiği görülmüştür. Simülasyonların sonuçları, sıvı soğutmanın hava soğutmaya göre daha üstün olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada, nasel sıcaklık kontrolü için etkili bir soğutma sistemi tasarlamanın ve uygulamanın önemi verilmiş ve araştırılmıştır.