INVESTIGATION OF DOUBLE-BLADED DARRIEUS TURBINE POWER PERFORMANCE BY USING UNSTEADY CFD

Abstract

ABSTRACT

Wind speed and direction are key factors in selecting a wind turbine. Different designs are required for different wind conditions. Vertical- axis wind turbines are preferred, especially in frequently changing wind directions. There are different types of Darius turbines among these vertical turbines. They are classified according to their straight or spiral structure and the number of blades. The performance of the Darrieus turbines and the effects of design changes are examined through CFD analysis. In this study, a single-blade design and three new designs with the addition of second blades for a three-blade Darius turbine were presented. The performance of these new designs and standard Darius turbines was compared. The performance of these four designs was measured and analyzed in different wind conditions. CFD analyzes examined the flow characteristics in detail and contributed to the design development. Unsteady-state CFD analyzes and visualizes how flow characteristics affect turbine performance.

The CFD analysis revealed the operational conditions for four designs. Design 1 achieved its highest Cp value of 0.272 at a TSR value of 5. Design 2 was not successful because DWT had no performance improvement. For Design 3, the peak Cp of 0.213 occurred at a TSR of 3.25, while Design 4 reached its highest Cp value of 0.110 at a TSR of 1. Additionally, all designs produced a negative torque value at a TSR of 10.

ÖZET

Rüzgâr hızı ve yönü, bir rüzgâr türbini seçiminde kritik faktörlerdir. Farklı rüzgâr koşulları için farklı tasarımlar gereklidir. Özellikle doğrultusu sık değişen rüzgâr için dikey eksenli rüzgâr türbinleri tercih edilmektedir. Bu dikey türbinlerden biri de farklı tasarımlara sahip Darrieus türbinleridir. Bu türbinler, düz veya spiral yapılarına ve kanat sayılarına göre sınıflandırılırlar. Literatürde, Darrieus türbinlerinde yapılan tasarım değişikliklerin, türbin güç performansını nasıl etkilediğini Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile inceleyen birçok çalışma bulunmaktadır. Bu mevcut çalışmada, üç kanatlı standart Darrieus türbin kanatlarına, rotor merkezine daha yakın olacak şekilde ikinci kanatların eklendiği üç yeni tasarım sunulmuştur. Bu yeni tasarımların ve standart Darrieus türbinin performansları farklı uç hız oranlarında HAD ile analiz edilmiştir. CFD analizi dört tasarım için çalışma koşullarını ortaya koymuştur. Tasarım 1, 5 TSR değerinde en yüksek Cp değeri olan 0,272'ye ulaşmıştır. Tasarım 2 başarılı olamamıştır çünkü DWT performans artışı sağlamamıştır. Tasarım 3 için 0,213'lük en yüksek Cp değeri 3,25 TSR değerinde gerçekleşirken, Tasarım 4 en yüksek Cp değeri olan 0,110'a 1 TSR değerinde ulaşmıştır. Ayrıca, tüm tasarımlar 10 TSR değerinde negatif tork değeri üretmiştir.