Impact of zigzag tape on blade loads and aerodynamic wake in a vertical axis wind turbine: A Delft VAWT case study
Przedmiotem pracy jest numeryczna analiza wpływu taśmy „zig-zag” na skrzydłach wirnika silnika wiatrowego na jego osiągi oraz na geometrię śladu aerodynamicznego. Wyniki pracy konfrontowane były z danymi pochodzącymi z doświadczalnych badań tunelowych wirnika typu Darrieus (VAWT) ze skrzydłami w układzie H. Dwułopatowy model miał średnicę 1.0 m, skrzydła o długości 1.0 m i cięciwie 0,06 m, Liczba Re odniesiona do cięciwy skrzydeł i prędkości lokalnej wynosiła 160 x 103. Badania wykonane w Duńskim Uniwersytecie Technicznym (DTU) obejmowały wyznaczenie charakterystyk profilu użytego w modelu wirnika, charakterystykę wirnika oraz geometrię śladu aerodynamicznego za wirnikiem.
Korzystając ze wspomnianych charakterystyk empirycznych, przy użyciu modelu linii nośnej, wykonano kompleksową analizę osiągów i śladu wirnika. Dodatkowo, w celu oceny wpływu przejścia laminarnego na charakterystyki wirnika wykonano dwuwymiarową analizę CFD z zastosowaniem modeli turbulencji k-omega SST i gamma-Re_theta. Aby warunki symulacji zbliżyć do warunków użytkowania dużych jednostek VAWT badania wykonano poza obszarem przeciągnięcia t.j. przy wyróżniku szybkobieżności (TSR) wynoszącym 4,5.
Wyniki wskazują, że użycie taśmy „zig-zag”:
- w zakresie podkrytycznych kątów natarcia powoduje linearyzację przebiegu współczynnika siły nośnej w funkcji kąta natarcia przy wyraźnym spadku osiągów aerodynamicznych, na skutek jednoczesnego wzrostu oporu i zmniejszenia siły nośnej,
- taśma „zig-zag” jest źródłem asymetrii w śladzie aerodynamicznym za wirnikiem i wywiera wpływ na intensywność procesu dyssypacji wirów w śladzie,
-zanieczyszczenia skrzydeł wirnika, modelowane w badaniach za pomocą taśmy „zig-zag”, ma wpływ na osiągi wirnika i właściwości śladu aerodynamicznego. Wyniki stąd uzyskane dostarczają cennych informacji przydatnych przy projektowaniu i optymalizacji turbin wiatrowych.
Artykuł:
Energy
Autorzy z PW:
Jan Michna, Krzysztof Rogowski
Dyscyplina:
Rok wydania: