OOKöse PDF - Makina Mühendisliği Bölümü

GAZĐ ÜNĐVERSĐTESĐ
FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
MAKĐNA MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI
MM 598 SEMĐNER DERSĐ
Seminer Konusu
Tez Öğrencisi
Tez Danışmanı
: Uskur tipi hidrolik türbinin sayısal olarak incelenmesi
: Orhan Özay KÖSE
: Prof. Dr. Nevzat ONUR
ÖZET
Bu çalışmada; Uskur tipi bir hidrolik türbinin farklı akış koşullarında sayısal analizleri
yapılarak optimum çalışma durumu belirlenecek ve bu şartlarda deneysel olarak
görüntülenmesi çok zor ve bazı durumlarda imkansız olan akış karakteristikleri incelenecektir.
Ayrıca, türbin tasarım kriterleri ile ilgili literatürde mevcut olan ampirik denklemlerden
yararlanılarak türbin boyutları belirlenecektir. Bunun sonucunda ortaya çıkan boyutlar
bilgisayar ortamında CFD analizleri ile incelenerek iyileştirmeler yapılacak, mevcut
verimlerinin arttırılması sağlanacaktır ve bu sayede Uskur tipi bir hidrolik türbinin verimini
etkileyebilecek faktörler ortaya çıkarılmış olacaktır.
GĐRĐŞ
Son yıllarda enerji sektöründeki kaynak sıkıntılarından ve petrol kaynaklı enerji üretim
yöntemlerinin maliyetlerinin artmasından dolayı alternatif enerji üretim yollarına
başvurulmuştur. Bu alternatif enerji üretim yöntemleri arasında su kaynaklarından
faydalanılarak elektrik enerjisi üretme yöntemi yenilenebilir enerji sistemleri arasında en çok
başvurulan yöntemdir. Bilindiği üzere ülkemiz su kaynakları yönünden son derece önemli bir
potansiyele sahiptir. Bu potansiyelin değerlendirilmesi amacıyla birçok hidroelektrik santral
kurulmuştur. Bunların yanında elektrik hatlarının ulaşmadığı uzak yerleşim yerlerinde,
köylerde mini ve mikro-hidrolik türbinler kullanılarak elektrik enerjisi üretilmektedir.
Üretilen bu enerji kırsal kesimlerdeki evlerde, küçük çaplı imalat atölyelerinde, aydınlatma
sistemlerinde vb. birçok alanda kullanılabilmektedir. Mevcut su kaynaklarından maksimum
düzeyde elektrik enerjisi elde edebilmek için kullanılan türbinlerin optimum çalışma
koşullarına göre tasarımlarının yapılmış olması gerekmektedir. Bunun için; tasarımların
bilgisayar ortamında incelenmesi verimliliğin değerlendirilmesi ve iyileştirme çalışmalarının
yapılabilmesi açısından önemli bir kriterdir.
KONU ĐLE ĐLGĐLĐ LĐTERATÜR ÇALIŞMASI
Özbay ve Gençoğlu; Hidroelektrik Santrallerin Modellenmesi üzerine çalışmalar
yaparak elde ettikleri matematiksel modellerle bir hidroelektrik santralin simülasyonunu
gerçekleştirmişlerdir, bu sayede sistemlerin kararlılıklarını artırmışlardır [1].
Duymuş ve Ertöz; Mini ve Mikro Düzeyde Hidrolik Enerjiden Yararlanma Yolları
üzerine çalışmalar yaparak pompa-türbin sistemi tasarlamışlardır. Bu sayede tarımsal sulama
amacıyla elektrik enerjisi kullanmadan pompanın doğrudan Kaplan tipi su türbini ile tahrik
edilmesini dolayısıyla sistem veriminin % 20 oranında artmasını sağlamışlardır [2].
Nilsson ve arkadaşları; Hidrolik Türbinlerdeki Salyangozların Türbülans
Modellemelerini CFD analizleri ile inceleyerek meydana gelen basınç kayıplarının minimum
düzeye indirgenmesini ve bu sayede türbin verimlerinin artırılmasını sağlamışlardır [3].
Inversin; Asya ülkelerinde gerçekleştirmiş olduğu çalışmalarda özellikle Nepal’de
mikro-türbinlerin çalışma prensipleri, Pelton türbinlerinin imalat yöntemleri, tesis
kurulumları, işletme ve bakım faaliyetleri ile ilgili özel sektör yaklaşımlarını incelemiştir [4].
Literatürde hidrolik türbinler ve hidroelektrik enerji alanında birçok araştırma yer
almaktadır. Bu çalışmada konu ile ilgili detaylı literatür taramasına yer verilecektir [5][6][7].
GAZĐ ÜNĐVERSĐTESĐ
FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
MAKĐNA MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI
MM 598 SEMĐNER DERSĐ
ÇALIŞMA YÖNTEMĐ, PLANI VE MEVCUT OLANAKLAR
Çalışmanın gerçekleştirilmesi şu şekilde olacaktır:
-
Türbin geometrisinin oluşturulması,
Sayısal çalışma bölgesinin uygun ağlarla kaplanması,
Matematiksel modelleme ve sınır şartlarının belirlenmesi,
Paket program ile çalışmanın gerçekleştirilmesi,
Sonuçların değerlendirilmesi.
Sayısal çalışma ANSYS CFD paket programı kullanılarak gerçekleştirilecektir. Gazi
Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü gerekli alt yapıya sahiptir.
SONUÇ
Bu çalışmada; Uskur tipi bir hidrolik türbinin uygun çalışma şartları belirlenerek,
farklı akış koşullarında tasarımları yapılacaktır. Bu tasarımlar bilgisayar ortamında
modellenerek sayısal çalışma bölgeleri belirlenecektir. Belirlenen bu bölgelerde yapılan
analizlerle verimliliği yüksek, suyun akış enerjisinden en yüksek düzeyde fayda elde
edebilecek kanat profillerine ve boyutlarına sahip bir türbin tasarımı yapılacaktır. Elde edilen
sonuçlar; verimlilik, tasarım, imalat ve kullanılabilirlik yönlerinden değerlendirilecektir.
KAYNAKLAR
[1] Özbay E. , Gençoğlu M.T. , Hidroelektrik Santrallerin Modellenmesi, YEKSEM’09
V.Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, 108-115, Diyarbakır, Haziran, 2009.
[2] Duymuş E. , Ertöz A. Ö. , Mini ve Mikro Düzeyde Hidrolik Enerjiden Yararlanma
Yolları, 5. Pompa - Vana Kongresi ve Sergisi, Hilton Convention&Exhibition
Center, Đstanbul, 22-24 Kasım 2004.
[3] Nilsson H. , Oliviera de Souza L.C.E. , Dias de Moura M. , Brasil Junior Antonio C.P.
Assesment of Turbulance Modelling for CFD Simulations into Hydroturbines: Spiral
Casings, 17th International Mechanical Engineering Congress (COBEM 2003) at São
Paulo (Brazil), 2003.
[4] Inversin A. , Nepal: Private Sector Approach to Implementing Micro-Hydropower
Schemes Published By: Small Decentralized Hydropower Program October 1982.
[5] BAŞEŞME H. , Hidroelektrik Santrallar ve Hidroelektrik Santral Tesisleri,
Geliştirilmiş ve Genişletilmiş 2. Baskı Aralık 2003, Ankara.
[6] ÖZGÜR C. , Su Makinaları Dersleri, Dördüncü Baskı, 1983, Đstanbul.
[7] VAROL A. , Hidrolik Makinaları, Su Türbinleri Çözümlü Problemleri, Fırat
Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Elazığ, Ocak 1986.