Analyse nachlaufinduzierter dynamischer Strömungsablösung auf Flügeln von Windrädern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 218742980

Es werden Phänomene in Zusammenhang mit dynamischer Strömungsablösung untersucht, die durch instationäre Zuströmbedingungen von Nachläufen stromauf installierter Windturbinen oder von atmosphärischer Grenzschichtturbulenz verursacht werden. In der ersten Projektphase wurden Nachläufe von Windturbinen anhand von Grobstruktursimulationen analysiert, wobei der Schwerpunkt auf dem Flügelspitzen- und Nabenwirbel lag. Eine aktive Kontrolle wurde angewendet, um instabile Moden im Nachlauf anzuregen und dynamische Lasten in Windfarmen zu reduzieren. Eine wesentliche Ursache dynamischer Lasten von Windturbinenflügeln ist die Strömungsablösung, die häufig bei instationären Anströmungsbedingungen auftritt, die aufgrund von Nachläufen stromauf installierter Windturbinen oder atmosphärischer Turbulenz generiert werden. Detaillierte Daten über dynamische Strömungsablösung für Windturbinenflügel sind erforderlich, um dynamische Ablösungsmodelle für gestörte Anströmungsbedingungen und rotierende Konfigurationen zu erweitern. Das Ziel dieses Antrags ist, das Verständnis und die Modellierung von dynamischen Strömungsablösephänomenen für typische Windturbinenkonfigurationen zu verbessern. Die Kenntnisse werden genauere Vorhersagen der Strukturbelastung und Energieproduktion einer Windturbine ermöglichen. Die dynamische Strömungsablösung an einem Rotorblatt wird mittels Grobstruktursimulationen untersucht, die auf hybriden köperangepassten strukturierten und unstrukturierten kartesischen Gittern basieren, so dass das Anwachsen der Grenzschicht, Transition, Ablösung und Wiederanlegen der Strömung mit hinreichender Genauigkeit vorhergesagt werden kann. Dynamische Modenzerlegung wird angewendet, um Moden, die innerhalb der Ablösung und im Nachlauf auftreten, zu analysieren. Die Simulationen ergänzen die Messungen, die von der TU Darmstadt und der Universität Oldenburg durchgeführt werden, um dynamische Ablösephänomene durch das adaptive Wölbungskonzept auch bei gepfeilten Flügeln zu reduzieren. Weiterhin werden Simulationen für das Modellwindenergieanlage von der TU Berlin durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Matthias Meinke