Browsing by Author "Kaya, Mehmet Numan"

Now showing 1 - 4 of 4

Citation - WoS: 8
Citation - Scopus: 12
The Aerodynamic Effects of Blade Pitch Angle on Small Horizontal Axis Wind Turbines
(Emerald Group Publishing Ltd, 2022) Kaya, Mehmet Numan; Uzol, Oguz; Ingham, Derek; Köse, Faruk; Büyükzeren, Rıza
Purpose The purpose of this paper is to thoroughly investigate the aerodynamic effects of blade pitch angle on small scaled horizontal axis wind turbines (HAWTs) using computational fluid dynamics (CFD) method to find out the sophisticated effects on the flow phenomena and power performance. Design/methodology/approach A small HAWT is used as a reference to validate the model and examine the aerodynamic effects. The blade pitch angle was varied between +2 and -6 degrees, angles which are critical for the reference wind turbine in terms of performance, and the CFD simulations were performed at different tip speed ratio values, lambda = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9 and 10.5 to cover the effects in various conditions. Results are examined in two different aspects, namely, general performance and the flow physics. Findings The power performance varies significantly according to the tip speed ratio; the power coefficient increases up to a certain pitch angle at the design tip speed ratio (lambda = 6); however, between lambda = 2 and 4, the more the blade is pitched downwards, the larger is the power coefficient, the smaller is the thrust coefficient. Similarly, for tip speed ratios higher than lambda = 8, the positive effect of the low pitch angles on the power coefficient at lambda = 6 reverses. The flow separation location moves close to the leading edge at low tip speed ratios when the blade is pitched upwards and the also tip vortices become more intense. In conclusion, the pitch control can significantly contribute to the performance of small HAWTs depending on different conditions. Originality/value In the literature, only very little attention has been paid to the aerodynamic effects of pitch angle on HAWTs, and no such study is available about the effects on small HAWTs. The change of blade pitch angle was maintained at only one degree each time to capture even the smallest aerodynamic effects, and the results are presented in terms of the power performance and flow physics.
Citation - WoS: 12
Citation - Scopus: 11
Aerodynamic Optimization of a Swept Horizontal Axis Wind Turbine Blade
(ASME, 2021) Kaya, Mehmet Numan; Köse, Faruk; Uzol, Oğuz; Ingham, Derek; Ma, Lin; Pourkashanian, Mohamed
The aerodynamic shapes of the blades are still of high importance and various aerodynamic designs have been developed in order to increase the amount of energy production. In this study, a swept horizontal axis wind turbine blade has been optimized to increase the aerodynamic efficiency using the computational fluid dynamics method. To illustrate the technique, a wind turbine with a rotor diameter of 0.94 m has been used as the baseline turbine, and the most appropriate swept blade design parameters, namely the sweep start-up section, tip displacement, and mode of the sweep have been investigated to obtain the maximum power coefficient at the design tip speed ratio. At this stage, a new equation that allows all three swept blade design parameters to be changed independently has been used to design swept blades, and the response surface method has been used to find out the optimum swept blade parameters. According to the results obtained, a significant increase of 4.28% in the power coefficient was achieved at the design tip speed ratio with the newly designed optimum swept wind turbine blade. Finally, baseline and optimum swept blades have been compared in terms of power coefficients at different tip speed ratios, force distributions, pressure distributions, and tip vortices.
Eğimli Bir Yatay Eksenli Rüzgar Türbini Kanadının Aerodinamik Tasarımı ve Optimizasyonu
(Konya Teknik Üniversitesi, 2019) Kaya, Mehmet Numan; Köse, Faruk; Uzol, Oğuz
Rüzgar enerjisi, dünyada en çok kullanılan yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olup, enerjide dışa bağlılığı yüksek olan Türkiye için büyük bir öneme sahiptir. Rüzgar türbinlerinin en önemli bileşenlerinden biri rüzgarın sahip olduğu enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren kanatlardır. Kanatların aerodinamik yapıları halen yüksek öneme sahip bir konu olup, üretilen enerji miktarını arttırmak amacı ile çeşitli aerodinamik tasarımlar geliştirilmiştir. Bu çalışmada eğimli bir yatay eksenli rüzgar türbini kanadının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak güç katsayısında artış sağlamak amacı ile tasarımı ve optimizasyonu yapılmıştır. Çalışmada 0.94 m rotor çapına sahip bir model rüzgar türbini baz alınarak tasarım uç hız oranında maksimum güç katsayısı eldesi için en uygun eğimli kanat parametreleri, eğiklik başlangıç kesiti (rss/R), uç deplasman miktarı (d/R) ve eğiklik mertebesi (M) ve bunlara ek olarak en uygun kanat hatve açısı araştırılmıştır. Öncelikle eğimli kanatlarda eğimin yönü, uç deplasman miktarı ve eğiklik başlama kesitinin güç çıkışına etkisi literatürde deneysel verileri mevcut olan iki adet rüzgar türibini, 10 m rotor çapına sahip Amerikan Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) tarafından geliştirilerilen NREL Faz II ve 0.9 m rotor çapına sahip Norveç Teknik Üniversitesinde (NTNU) tasarlanan NTNU rüzgar türbini, ile incelenmiştir. Bu aşamada yeni eğimli kanatların tasarımı için her üç parametreninde bağımsız olarak değiştirelebileceği bir denklem geliştirilmiş ve yeni eğimli kanatların tasarımında kullanılmıştır. Parametrik çalışmadan elde edilen ana sonuç, öne eğimli kanatların güç üretimine katkı sağlayabileceği, arkaya eğimli kanatların ise güç üretimine etkisinin negatif olduğu olmuştur. İkinci aşamada optimizasyon işlemine geçilmiş, optimum eğimli kanat parametrelerini bulmak için yanıt yüzey yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemin kullanımında, deney tasarımı aşamasında yani ilk popülasyonun oluşturulmasında yüzey merkezli merkezi karma tasarım yöntemi kullanılmıştır. Daha sonra yanıt yüzeyi oluşturma aşamasına geçilmiş, farklı yöntemler arasından en yüksek başarıyı göstermiş olan Kriging yöntemi ile yanıt yüzeyler oluşturulmuştur. Optimizasyon işleminin son aşamasında ise genetik algoritma yöntemi ile optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan optimum eğimli rüzgar türbini kanadı ile tasarım uç hız oranında güç katsayısında %4.28'lik bir artış elde edilmiştir. Bundan sonra tasarlanan optimum kanadın performansı, farklı kanat hatve açılarında test edilmiş ve en uygun kanat hatve açısı bulunmuştur. Tez çalışmasının son aşamasında ise tasarlanan optimum kanadın üretimi yapılmış ve açık jet bir rüzgar tüneli ve model yatay eksenli rüzgar türbini kanadı test düzeneği kullanılarak güç katsayısı – uç hız oranı (CP – ?) eğrisi 0° ve 5° (yukarı) olmak üzere iki adet kanat hatve açısında deneysel olarak çıkarılmış, deneysel çalışma sonuçları ile HAD sonuçları karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre HAD sonuçları ile deneysel sonuçların birbirleri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Çalışmada HAD simülasyonları için ANSYS Fluent 17.2 kullanılmıştır.
Citation - WoS: 9
Citation - Scopus: 12
Use of Pumped Hydro Energy Storage To Compliment Wind Energy a Case Study
(VINCA INST NUCLEAR SCI, 2020) Köse, Faruk; Kaya, Mehmet Numan; Özgören, Muammer
The dependency of RES on the weather and climate increased the interest on bulk energy storage methods to supply firm power. Pumped-hydro energy storage systems are a step ahead among other bulk energy storage methods because these are more efficient and they have higher storage capacities. The present study focuses on the use of grid connected wind-pumped hydro power station supply energy. A hybrid wind-pumped hydro storage system was designed and simulated using real data, and economic analysis was performed by calculating the basic pay-back period, the net present value and the internal rate of return. According to the results, it is found that the hybrid system is actively used and a part of the electricity is supplied from the wind-pumped hydro system. In addition, it was obtained that the pumped hydro storage systems are very suitable to be used together with wind power plants.