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Teilprojekt A02 validiert numerisches Simulations-Setup zur Untersuchung von dynamischem Strömungsabriss an Windenergieanlagen

Teilprojekt A02 validiert numerisches Simulations-Setup zur Untersuchung von dynamischem Strömungsabriss an Windenergieanlagen

Abb. 1: Unstrukturiertes Rechennetz für die Validierung des numerischen Setups
Abb. 2: Phasengemittelte sektionale Auftriebsbeiwerte des Experiments (schwarz), URANS mit Wandfunktionen (grau), aufgelöste Grenzschicht (BL) (rot) und mit Transitionsmodell (blau) für den Schaufelquerschnitt bei r= 0,77R in Abhängigkeit des Pitch-Winkels. Die Abtastfehler für die phasengemittelten URANS-Werte sind visualisiert, wenn > 2,5e-3

Im Rahmen der Global Power & Propulsion Konferenz in Chania hat das Teilprojekt A02 im September eine neue Veröffentlichung vorgestellt.

Kurzbeschreibung:

  1. Der Beitrag präsentiert ein numerisches Setup in OpenFoam, welches die instationären Reynold-gemittelten NavierStokes-Gleichungen (URANS) löst, um den dynamischen Strömungsabriss an rotierenden Windenergie-Rotorblättern mit veränderlichem Pitch-Winkel zu untersuchen.
  2. Mit Hilfe einer Netzstudie werden die notwendigen Zellgrößen bestimmt, um integrale Lasten während des dynamischen Strömungsabrisses korrekt vorherzusagen.
  3. Es wird gezeigt, dass die Verwendung von Wandfunktionen in der Grenzschicht für die Untersuchung des dynamischen Strömungsabrisses nicht geeignet ist. Wenn stattdessen die Grenzschicht aufgelöst wird, sagen die Ergebnisse die Eigenschaften einer dynamischen Strömungsabriss-Hysterese mit einer maximalen Abweichung von 8 % korrekt voraus.

In der Publikation wird ein validiertes Simulationssetup zur Untersuchung von dynamischem Strömungsabriss an Windenergieanlagen entwickelt. Die Dreh- und Nickbewegung des Blattes wird durch eine neuartige Kombination aus einem dynamischen und einem gleitenden Netzansatz realisiert. Durch den Vergleich mit experimentellen Daten des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) wird gezeigt, dass URANS Simulationen geeignet sind, um die charakteristische Auftriebshysterese eines Abriss-Events vorherzusagen. Dafür muss das Netz in Wand-nähe fein genug sein, um die Grenzschicht voll aufzulösen. Eine Approximation der Grenzschicht mit Wandfunktionen führt zu einer vorzeitigen Ablösung der Strömung und somit zu einer falschen Auftriebshysterese. Die erforderlichen Rechenkapazitäten, um dieses Setup für Simulationen von Windenergie-Megastrukturen (R = 180 m) anzuwenden werden mit 2,8e6 CPUh abgeschätzt.


Der Artikel steht hier zum Download bereit.

Weitere Informationen zur GPPS: https://gpps.global/gpps-chania22/