In this study, a Computational Fluid Dynamics (CFD) model is designed to investigate the structural analysis of a helical Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) blade which is using National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) 0018 airfoil and numerical calculations are conducted by using Comsol Multiphysics. The main objective of this study is to determine that the strength of the turbine blade against bending caused by increased wind speeds is sufficient for the selected turbine blade material. This paper presents also an investigation of the effects of different wind speeds on the structure of a helical VAWT blade that is fixed to the support arm which is attached to the VAWT's main shaft. In this study, a turbine blade which is placed in an air flow field is subjected to approaching strong wind with different velocities. The model solves for the flow around the blade and the structural displacement due to the fluid load. This investigation consists of two main parts: Solving for the fluid flow around the turbine blade with a free stream velocities of 1, 3, 5, 7, and 9 m/s, and Studying the deformation of the turbine blade caused by the fluid load. The risk of failure according to the von Mises criterion for the ductile materials such as aluminum is also investigated.

Bu çalışmada, bir helisel çapraz akışlı su türbininin performans analizini, Comsol Multiphysics kullanılarak incelemek için bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği modeli tasarlanmıştır. Bir helisel çapraz akışlı su türbininin güç çıkışı ve tork gibi ana performans özelliklerini tahmin etmek için, simülasyon için kullanılması doğru, hızlı ve oldukça basit olan sayısal bir model geliştirilmiştir. Türbin etrafındaki akış alanı, bir k-ω türbülans modeli ve kararlı durum formülasyonu kullanılarak Comsol CFD Modülündeki Rotating Machinery özelliği ile çözülmüştür. Navier-Stokes denklemleri, iç alanda dönen bir çerçeve içinde ve dış alanda sabit koordinatlarda düzenlenen modelde kullanılmıştır. İç ve dış alan arasındaki sınır koşulu, momentumu iç bölgedeki akışkana aktaran bir süreklilik sınır koşuludur. Bu model ayrıca, bu çalışma için hesaplama süresini önemli ölçüde hızlandıran Frozen Rotor çalışma yöntemini kullanır. Ardından Comsol Optimizasyon Modülü ile çapraz akışlı su türbininin performansını artırmak için yeni bir açısal hız profili araştırılmıştır. Böylece değişken hızlı bir türbin kontrol yöntemi geliştirilmiştir. Bu kontrol yönteminin performansı, sabit açısal hız kontrol yöntemi altında çalışan bir türbin ile karşılaştırılmıştır. Yeni açısal hız kontrol yöntemi türbin veriminde, sabit hız kontrol metodu ile karşılaştırıldığında, %3'lük bir artış sağlamıştır.