An Experimental and Numerical Study on the Conversion of Hydrokinetic Energy To Electric Energy With Piezoelectric Materials

Abstract

Dünyada fosil enerji kaynaklarının sınırlı olması, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını daha önemli kılmaktadır. Yenilenebilir enerji üretim sistemlerinde kullanılan piezoelektrik malzemeler günümüzde güncelliğini korumaktadır. Bu çalışmada; yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan hidrolik enerji kapsamında elektrik enerjisi elde etmek amacıyla piezoelektrik malzeme kullanılmıştır. Enerji dönüşümü için kullanılan piezoelektrik malzemenin elektrik üretim verimini arttırmak için, mevcut kapalı sistem akış kanalında türbülans şiddeti arttırılmaya çalışılmış olup girdap üretici plakalar tasarlanmıştır. Sınır şartlarının oluşturulması için ilk girdap üretici plakalar ile deneysel çalışmalar yürütülmüş ve daha sonra yapılan sayısal çalışmalar ile elde edilen veriler mukayese edilmiştir. Tasarlanan girdap üretici plakanın nozul uzunluğu, dönen plakanın kanat sayısı ve kanat açısı modellenmiş ve ele alınan parametrelerin optimum değerlerinin bulunması için ANSYS Fluent programında sayısal çalışmalar yürütülmüştür. Ayrıca plakalar, Piezoelektrik malzeme ve zemin arası optimum mesafeler deneysel olarak bulunmaya çalışılmıştır. Yapılan sayısal ve deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen nihai değerler 0.022 TKE, 0.48 Volt olarak kaydedilmiş ve ölçülen sonuçlara bakıldığında daha önce yapılan çalışmalardan yaklaşık olarak 3 kat daha fazla verim elde edildiği görülmüştür.The fact that fossil energy resources are limited in the world makes the use of renewable energy resources more important. Piezoelectric materials used in renewable energy generation systems are still up to date. In this study; Piezoelectric material was used in order to obtain electrical energy within the scope of hydraulic energy, which is one of the renewable energy sources. In order to increase the electricity generation efficiency of the piezoelectric material used for energy conversion, turbulence intensity was tried to be increased in the existing closed system flow channel and vortex generating plates were designed. Experimental studies were carried out with the first eddy-generating plates in order to establish the boundary conditions, and the data obtained with the subsequent numerical studies were compared. The nozzle length of the designed vortex generator plate, the number of blades and the blade angle of the rotating plate were modeled and numerical studies were carried out in the ANSYS Fluent program to find the optimum values of the parameters discussed. In addition, the optimum distances between the plates, the piezoelectric material and the ground were tried to be found experimentally. The final values obtained as a result of the numerical and experimental studies were recorded as 0.022 TKE, 0.48 Volts, and when the measured results were examined, it was seen that approximately 3 times more efficiency was obtained than the previous studies.