The Effect of Airfoil Backward-Facing Step on Power Production of aDarrieus Vertical-Axis Wind Turbine

Kanatlarına Basamak Açmanın Darrieus Düşey Eksenli Rüzgar Türbini Güç Üretimine Etkisi

Abstract

Airfoils which have backward facing steps are called Kline-Fogleman airfoils and those have previously shown to have lift/drag enhancement potentials over conventional airfoils. Darrieus vertical-axis wind turbines rotate by the lift generated on its airfoils. The exploration of power enhancement potentials of such turbines is a current scientific topic in the literature. In this study, the effects of stepped airfoils in a Darrieus turbine is studied by validated computational fluid dynamics (CFD) simulations, to the author's best knowledge, for the first time in the open literature. The comparisons revealed that this has both positive and negative effects. Optimized step geometries with active flow control may eliminate negative aspects and improve overall performance. This study is expected to be a reference study on this area.

Özet

Bir kanadın firar kenarı tarafına basamak açmanın, o kanadın kaldırma/sürükleme kuvvet oranını arttırabildiği literatürde belirlenmiştir. Bu tip kanatlara Kline-Fogleman kanatları denmektedir. Düşey eksenli Darrieus rüzgar türbinleri ise kanatların kaldırma kuvvetiyle dönen türbinlerdir. Bu türbinlerin güç artış potansiyellerinin ortaya çıkarılması literatürde yoğunlukla çalışılan güncel bir bilimsel araştırma konusudur. Bu çalışmada Kline-Fogleman kanatlarının Darrieus türbininde, yazarların bilgisi dahilinde, literatürde ilk defa kullanılmasının güç üretimine etkisi, önceden doğrulanmış hesaplamalı akışkanlar mekaniği (HAD) analizleri vasıtasıyla incelenmiştir. Yapılan karşılaştırmalarla, bunun olumlu ve olumsuz etkilerinin olduğu saptanmıştır. İleriki çalışmalarda aktif kontrollü farklı basamak geometrileriyle iyileştirmeler elde edilmesi mümkün gözükmektedir. Bu çalışmanın, konusunda bir referans çalışma olması beklenmektedir.