Rüzgar Enerjisi Sistemleri İçin Biyomimetik Kanat Tasarımı, Performans Analizi ve Optimizasyonu

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Bursa Uludağ Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: MEHMET ERMAN ÇALIŞKAN

Danışman: İrfan Karagöz

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Biyomimikrinin sunduğu yöntemlerle, doğadan esinlenilerek oluşturulan biyomimetik kanatlar, aerodinamik ve rüzgâr enerjisi alanında yenilikçi çözümleri sunma potansiyeli barındırmaktadır. Bu çalışmada; doğada gösterdiği aerodinamik performansla dikkat çeken akçaağaç tohumundan esinlenilerek oluşturulan özgün biyomimetik kanat modelleri incelenmiştir. Deneysel ve nümerik olarak belirli rüzgâr hızlarında ve geniş bir hücum açısı aralığında analizleri yapılan modellerin, kaldırma kuvveti katsayıları (CL) ve sürükleme kuvveti katsayıları (CD) belirlenmiştir. İlk model M0, ortalama akçaağaç tohumunun belirli bölgelerinden kesilmesiyle elde edilen 36 eğriyle tasarım programında modellenmiştir. Bu biyomimetik kanadın her bir eğrisi, Fourier serisi denklemleriyle en az %99,5'lik bir oranla temsil edilmiş ve denklemlerin katsayıları bulunmuştur. Böylece kanadın tasarım parametreleri, geleneksel bir kanat profili gibi sunulmuştur. M0 modelinin, akçaağaç tohumu ile daha önce yapılan çalışmalarda da bahsedilen geç stol özelliği ve kaldırma kuvvetine katkı sağladığı düşünülen, LEV (Leading Edge Vortex) yapısı dikkat çekmiştir. M0 üzerinde, LEV'i oluşturan model yapısı incelenip, yapıyı oluşturduğu düşünülen topografik özellik, M0 modelinin kanat yüzeyinin tamamına uygulanmıştır. Böylece, aerodinamik performans kriterini (CL⁄CD ) artırmak amacıyla yapılan iki aşamalı kanat performansı geliştirme çalışmasının ilki olan topografya optimizasyonu gerçekleştirilmiş ve çalışma sonucunda "M5" modeli elde edilmiştir. M5 modeli, M0 modeline göre, değişen hücum açılarında, %15 ile %52 arasında daha üstün bir performans sergileyebilmiştir. İkinci kanat performansı geliştirme çalışması olarak da, M5 modelinin tohum kısımlarındaki eğrilerinin yüksekliklerinin düşürülüp, yerel veter uzunluklarının, belirli bir seviyeye kadar artırılacağı şekil optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Eğrilerin boyutlarının optimize şekilde ölçeklendirilmesi adına, istatiski bir metot olan Taguchi metodunun kullanıldığı bu şekil optimizasyonu sonucu elde edilen M5C modeli, M0 modeline göre, değişen hücum açılarında, %99 ile %320 arasında performans artışı göstermiştir. Ayrıca, oluşturulan bu biyomimetik modellerin rüzgâr enerjisi kullanan sistemler için potansiyeli de tartışılmıştır.