Zeitaufgelöste Identifizierung aerodynamischer Extremereignisse und instationärer Effekte unter turbulenten Strömungsbedingungen

• Antragsteller: Dr. Michael Hölling; Professor Dr. Joachim Peinke
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 218850002

Windenergieanlagen arbeiten in der atmosphärischen Grenzschicht unter äußerst turbulenten Windbedingungen. Die speziellen Charakteristika dieser Windfelder variieren stark und sind zudem standortabhängig. Das Verhalten von Windenergieanlagen auf die vorherrschenden turbulenten Windbedingungen hängen dabei von dem aerodynamischen Design der Blätter in Kombination mit der Regelung der Anlage ab. Dabei wird die Leistungsfähigkeit einer Anlage nicht ausschliesslich durch die mittlere Leistung beschrieben sondern auch durch die resultierenden Lasten und Extremlasten, welche unter anderem das dynamische Antwortverhalten der gesamten Maschine widerspiegeln. Für die Entwicklung neuer größerer Windenergieanlagen wird ebenfalls eine Reduktion der wirkenden Lasten angestrebt. Ein besseres Verständnis der aerodynamischen Reaktion von Rotorblättern bei turbulenter Anströmung ist daher essenziell für die Entwicklung von neuen Regelunskonzepten und Blattdesigns, die z.B. intelligente Instrumentierungen zur lokalen Beeinflussung der Aerodynamik und zur Minimierung extremer Lasten sowie Ermüdungslasten ermöglichen. Dieses Projekt zielt darauf ab die Strömung um Profile unter quasi 2-dimensionalen turbulenten Einströmbedingungen detailliert zu untersuchen. Die Strömungsbedingungen werden dabei mit einem aktiven Gitter erzeugt, welches die wiederholbare Reproduktion von atmosphärischen Turbulenzen und deren speziellen Eigenschaften bzw. Statistiken im Windkanal erlaubt. Der Einsatz unterschiedlicher Messtechniken in Kombination mit neusten Analysemethoden wird es ermöglichen aerodynamische Extremereignisse und instationäre Effekte an Profilen in turbulenten Strömungen zu lokalisieren. Die zentrale Forschungsidee dieses Projektes besteht darin ein verbessertes Verständnis der Interaktion zwischen turbulenten Strömungsbedingungen und den nichtlinearen aerodynamischen Instabilitäten, die sich um ein Rotorblatt ausbilden, zu erlangen. Demnach soll die Korrelation zwischen turbulenten Strömungen inklusive aerodynamischer Extremereignisse und instationären Effekten an Rotorblättern untersucht werden.Ein High-Speed PIV (Particle Image Velocimetry) System wird in diesem Projekt eingesetzt um zeitaufgelöst räumliche Informationen über die Strömung um 2D-Profile zu sammeln - zeitgleich sind Kraftmessungen geplant. Auf Basis einer Kombination aus bildverarbeitenden und stochastischen Analysemethoden sollen aerodynamische Phänomene identifiziert werden, welche Lasten an Rotorprofilen verursachen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen