Predıctıon and ımprovement of wınd turbıne acoustıcs for aerodynamıc noıse reductıon - Kurultay, Aziz Alper (My University, 2016)
RÜZGAR TÜRBİNİ AKUSTİĞİNİN AERODİNAMİK GÜRÜLTÜ AZALTIMI İÇİN KESTİRİMİ VE İYİLEŞTİRİLMESİ Rüzgar gücü endüstrisi geçtiğimiz on yıl boyunca büyüyen bir pazar ve olgunlaşan bir teknoloji olmuştur. Artan rüzgar gücünün üretimi rüzgar türbinlerinin montajlarının insanlara ve yaşadığı evlere daha yakın olmasını gerektirmiştir. Bu yüzden, rüzgar türbini gürültüsü ciddi ve tartışmalı bir olgu halini almış ve günümüzde rüzgar gücü üretimi artarken zorlayıcı bir sorun olarak karşımıza çıkmıştır. Bu çalışmanın amacı, iki boyutlu kanat kesitinin akış ve gürültü analiz/ simülasyonlarını kullanarak rüzgar türbini kanat gürültüsünün tahminini yapmak ve toplam kanat gürültüsünü elde etmek amacıyla gürültü kaynaklarını birleştirmek için bir yöntem önermektir. Bu çalışma kapsamında, iki kanatlı NREL Phase VI rüzgar türbini için bir Hesaplı Akışkanlar Dinamiği yazılımı olan ANSYS-FLUENT yardımıyla bazı düzeltmeler uyguladıktan sonra bir takım kabuller altında Kullanıcı Tanımlı Fonksiyonlar kullanarak iki boyutlu akış ve gürültü analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçları, Kore Havacılık Araştırmaları Enstitüsü'nün düşük süratli rüzgar tünelinde yapılan NREL Phase VI rüzgar türbininin %12 ölçekli modelinin akustik gürültü ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda, 5.4 m/ s, 7.4 m/ s, 12.3 m/ s ve 13.3 m/ s olmak üzere farklı rüzgar hızlarındaki türbin kanadı gürültü ölçümleri, analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Belirli rüzgar süratlerinde kanadın uç ve orta kısımlarında makul seviyede uyum sağlanmıştır. İlave olarak, toplam kanat gürültüsünün tahmini için her bir kanat kesitinin gürültüye katkısı hesap edilmiştir. Mevcut çalışmada, Rüzgar Türbinlerinin Tasarım Gereklilikleri hakkındaki uluslar arası standart olan IEC 61400-1'e uygun olarak Şiddetli Bora Etkisini (EOG) uygulayarak şiddetli rüzgar durumlarının rüzgar türbinlerinin gürültüsüne etkisi araştırılmıştır. Türbin kanadının uç kısmında ve orta kısmında, EOG'nin gürültüye etkisinin birbirinden farklı olduğu hesap edilmiştir. Gürültü azaltım çalışmaları NREL Phase VI kanadının büküm açısını değiştirerek yapılmıştır. Beş alternatif büküm açısı daha önceden doğrulanmış gürültü kestirim modeline uygulanmıştır. Tüm kanadın gürültü tahminin değerlendirilmesi ve kanadın ürettiği torkların karşılaştırılması ile beraber ses basınç seviyelerinin mukayesesi, frekans bazlı gürültü mukayesesi büküm açısı alternatifleri için yapılmıştır. İki büküm açısı alternatifi, toplam kanat gürültüsünde 2.2 dB ile 3.2 dB arasında, bazı frekanslarda da 4.5 dB üzerinde gürültü azaltımı sağlamıştır. İlave olarak, bu iki alternatifin orijinal kanada göre düşük rüzgar hızlarında daha fazla tork ürettiği hesaplanmıştır.

PREDICTION AND IMPROVEMENT OF WIND TURBINE ACOUSTICS FOR AERODYNAMIC NOISE REDUCTION Wind power industry has been a growing market and maturing technology for several decades. Increasing wind power generation necessitates closer installation of wind turbines to people and their residences. For that reason, wind turbine noise becomes a severe and controversial phenomenon and it is anticipated to become more stringent issue while wind power generation is increased recently. The aim of this study was to propose a methodology to predict the wind turbine blade noise by using two dimensional blade section flows and noise analysis/ simulation and combining the noise sources to evaluate the total blade noise with reasonable accuracy. Within the scope of this work, the purpose was to perform a two dimensional flow and noise simulation for the two bladed NREL Phase VI wind turbine with the aid of a commercially available Computational Fluid Dynamics software ANSYS-FLUENT by using User Defined Functions after applying some corrections under certain assumptions. Analysis results were compared with the 12% scaled model of NREL Phase VI wind turbine acoustic noise measurements conducted in In Korea Aerospace Research Institute at the low speed wind tunnel. Blade noise of the measurements were compared with the analysis results at different wind speeds of 5.4 m/ s, 7.4 m/ s, 12.3 m/ s, and 13.3 m/ s. For the tip region and inboard area of the blade, reasonable agreement was achieved at certain wind speeds. Additionally, the summation of the contribution from the each blade section was used to predict the total noise emission. The effect of extreme wind conditions on wind turbine noise was investigated in the current study by applying Extreme Operating Gust according to the International Standard on Wind Turbines Design Requirements, namely IEC 61400-1. Dissimilar behavior of EOG effect on noise was predicted for tip section and for mid section of the turbine blade. Noise reduction studies were performed by changing the twist angle of the NREL Phase VI blade. Five alternative twist angles were applied to the previously validated noise prediction model. Sound pressure levels comparison, frequency based noise comparison were done for the twist angle alternatives along with evaluation of total blade noise prediction and comparison of generated torques by the blade. Two twist angle alternatives provided noise reduction about 2.2 dB - 3.2 dB in total blade noise, and above 4.5 dB noise reduction in some frequencies. Additionally, it was calculated that these two alternatives generated more torque compare with the original blade at lower wind speeds.
Keywords: Aerodinamik; Rüzgar türbini