Rotoraerodynamik

INSTITUTE

Entwurf und Windkanalvermessung von Profilen

 

Die aerodynamischen Eigenschaften eines Rotorblattes und damit die Leistungsfähigkeit einer Windenergieanlage werden von der Auslegung der Profilschnitte maßgeblich mitbestimmt.

 

Das IAG hat eine langjährige Erfahrung in der aerodynamischen und akustischen Auslegung von Profilen für Windenergieanwendungen sowie der Bewertung von Profilen. Die Profile werden gezielt auf die spezifischen Anforderungen der betrachteten Anlage entwickelt.  Eine Überprüfung der theoretischen Ergebnisse ist für den Unterschallbereich im Laminarwindkanal des Instituts möglich, der einen außergewöhnlich niedrigen Turbulenzgrad aufweist. Neben Polaren, Druckverteilungs- und Grenzschichtmessungen sind in diesem Kanal Messungen des Hinterkantenlärms unter Anwendung der so genannten CPV Methode möglich.  Die dort durchgeführten umfangreichen experimentellen Untersuchungen kommen der Weiterentwicklung der Profilentwurfs- und Analyseverfahren zu Gute.

 

- Analyse, Entwurf und numerische Optimierung von Profilen

- Aeroakustischer Entwurf "leiser Profile"

- Verfahrensentwicklung

- Grenzschichtmethoden, Umschlagsermittlung, Modellierung laminarer Ablöseblasen

- Lärm-Vorhersagemodelle

- Optimierungsverfahren

 

- Windkanalvermessung von Profilen

- Bau von Windkanalmodellen

- Aerodynamische Messungen (Polaren-, Grenzschicht- und Druckverteilungsmessungen)

- Aeroakustische Messungen

 

 

Stationäre und instationäre CFD Rechnungen der Gesamtanlage

 

Die Untersuchung der Aerodynamik einer Windenergieanlage ist nicht nur wichtig zur Bestimmung der Leistung, sondern auch bei der Bestimmung von Lasten und Lastfluktuationen. Da die Größe und Leistung von Windenergieanlagen immer weiter zunehmen sind experimentelle Messungen oft nicht möglich oder zu teuer. Daher werden numerische Methoden verwendet um die aerodynamischen Eigenschaften der Windenergieanlagen zu untersuchen. Aus diesem Grund wurde am IAG  eine hochgenaue, CFD-basierte Prozesskette entwickelt. Diese besteht aus einem Gittergenerator, der eine skriptbasierte, automatisierte Vernetzung der Geometrie ermöglicht, dem blockstrukturierten CFD Code FLOWer vom DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) und optional einem Mehrkörper Simulationsmodell für aeroelastische Simulationen.

 

 

Interaktion mit turbulenter Zuströmung und Anlagennachlauf

 

Die atmosphärische Grenzschicht hat einen beträchtlichen Einfluss auf die Blatt-Aerodynamik. Daher wurde der verwendete  CFD-Code mit einer instationären Einströmrandbedingung erweitert. Diese Randbedingung erlaubt die Simulation von instationären Atmosphärengrenzschichten. Dadurch ist es möglich Windenergieanlagen unter realitätsnahen atmosphärischen Bedingungen (Windgeschwindigkeiten, Dichte und Turbulenz) zu simulieren und die Wechselwirkung zwischen atmosphärischer Grenzschicht inklusive aufgelöster Turbulenz und der Anlage sowie deren Nachlauf zu berechnen.

 

 

Hochaufgelöste CFD Nachlaufsimulation

 

Es existiert ein zunehmendes Interesse in der numerischen Simulation von instationären aerodynamischen Effekten und der Berechnung der Wechselwirkung des Nachlaufs mit der turbulenten Atmosphärengrenzschicht, um den Einfluss auf die Anströmbedingung für nachfolgende Anlagen, die Lasten und Lastfluktuationen zu bestimmen. Hierzu wird der Nachlauf fein aufgelöst und mit Verfahren höherer Ordnung berechnet.

 

 

Laufende Projekte

 

AssiSt (CFD Simulationen von Windturbinen im komplexen Gelände)

 

• AVATAR (CFD Studien zum Einfluß der Zuströmturbulenz auf Windturbinen)

 

• DFG research focus PAK 780 (Numerische Untersuchungen passiver Maßnahmen zur Lastenkontrolle)

 

• InnWind (CFD Untersuchungen zu aktiven Hinterkantenklappen zur Lastenkontrolle)

 

• KonTest (Bewertung von Standorten für Forschungs-Windenergieanlagen im komplexen Gelände)

 

• LARS (Numerische Untersuchungen zu einem neuen passiven Lastenkontrollkonzept am Beispiel einer Zweiblattanlage)

 

• LiDAR Complex (Zeitaufgelöste numerische Simulationen von Windenergieanlagen im komplexen Gelände)

 

• IEA Annex MexNext III (Validierung aerodynamischer und akustischer Berechnungsmodelle für Windturbinen)

 

• OWEA Loads (Numerische Simulation der Wechselwirkung zwischen Offshore-Windenergieanlagen)

 

 

 

 

 

 

 

 

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