Detached eddy simulation of a horizontal-axis wind turbine with a new type vortex generators

Celem obliczeń numerycznych jest zbadanie sprawności aerodynamicznej (współczynnika mocy) turbiny wiatrowej wykorzystującej generatory wirów w kształcie małych skrzydełek typu delta umieszczonych tuż przy powierzchni łopaty turbiny. W przypadku dużych turbin wiatrowych wyposażonych w aktywny system sterowania łopat (pitch-regulated) obserwowane są obniżone własności aerodynamiczne wirnika u nasady łopat z powodu ograniczonych lokalnych warunków pracy. Problem stwarzają również chropowatość powierzchni łopat oraz erozja na krawędzi natarcia, dzięki której lokalne oderwania warstwy przyściennej prowadzą do obniżenia globalnych własności aerodynamicznych łopaty. Klasyczne generatory wirów mają kształt niewielkich ostrzy umieszczonych w odpowiedni sposób na powierzchni łopat wirnika turbiny wiatrowej. Ich celem jest poprawa własności aerodynamicznych wirnika (wzrost siły nośnej oraz mocy wirnika) przez zmniejszenie warstwy oderwania. Przybliżony kształt generatorów wirów oraz poglądową ich lokalizację na łopatach pokazano na dołączonych rysunkach. Badania zostaną przeprowadzone wg następującego schematu: 1. Przeprowadzenie badań w oparciu o istniejące pomiary eksperymentalne tak, aby uzyskać wynik referencyjny (w zakres tych badań wchodzi również analiza wrażliwości rozwiązania numerycznego na dystrybucję siatki) 2. Przeprowadzenie badań numerycznych z wykorzystaniem generatorów wirów nowego kształtu. Niniejsze badania numeryczne mają na celu określenie optymalnego kształtu generatorów oraz optymalizację ich rozmieszczenia wzdłuż łopaty tak, aby dać wskazówki dla konstruktorów turbin wiatrowych. Dodatkowo, zastosowanie modelu turbulencji DES daje możliwość bardzo dobrej wizualizacji pola przepływu wokół łopat turbiny oraz wokół generatorów wirów.