Experimentelle Untersuchung des Verhaltens von Wirbelgeneratoren und Gurney Flaps unter dem Einfluss instationärer Ablösung und Rotation

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Nayeri
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446073296

Robuste, effektive und leicht zu implementierende Methoden zur passiven Strömungskontrolle wie Wirbelgeneratoren (WG) und Gurney Flaps (GP) sind besonders interessant für die Anwendung auf Windturbinen bei denen Leistungssteigerung und Langlebigkeit angestrebt werden. Allerdings arbeiten Windturbinen unter turbulenten Strömungsbedingungen und unterliegen daher instationärer Ablösung (dynamic stall). Somit sind alle unter statischen Bedingungen durchgeführten Untersuchungen zu passiven Strömungskontrollmethoden von begrenzter Anwendbarkeit. Hinzu kommt, dass Rotationseffekte, die auf Windturbinen eine wichtige Rolle spielen, auch im Rahmen von Untersuchungen betrachtet werden sollten. Obwohl einige relevante Forschung auf dem Gebiet des Helikopterrotors durchgeführt wurde, beinhalten Windturbinen spezifische Herausforderungen (z.B. andere turbulente Zeitmaßstäbe, höhere Blattdicke, dauerhaft abgelöste radiale Strömung) die dedizierte Versuche mit Windturbinenmodellen erfordern. Weiterhin liegen nur wenig Forschungsergebnisse zu der kombinierten Anwendung von WG und GF vor und so gut wie keine im Zusammenhang mit instationärer Ablösung oder Rotation.Das vorliegende Projekt hat zum Ziel den aktuellen Stand des Wissens zu erweitern und die erwähnten Wissenslücken zu schließen. Das Vorgehen dabei beinhaltet umfassende Windkanalversuche in denen WG und GF angewendet werden auf ein dynamisch nickendes Flügelprofiel und auf die drei Meter Forschungswindturbine BeRT.Die Untersuchungen sind unmittelbar relevant für aktuelle Kleinwindkraftanlagen und ein erster Schritt in der kombinierten Anwendung von VG und GF auf Multi Megawatt Anlagen. Die Ziele des Vorhabens beinhalten konkret:1. Erarbeitung einer optimalen WG-konfiguration für ein 2D Windturbinenprofil bei instationärer Ablösung2. Erarbeitung einer optimalen GF-konfiguration für ein 2D Windturbinenprofil bei instationärer Ablösung3. Erkundung der optimalen Kombination von WG und GF für ein 2D Windturbinenprofil bei instationärer Ablösung4. Analyse der Strömungsfelder hinter ausgewählten WG, GF und WG+GF auf der Forschungswindturbine BeRT im Windkanal5. Erstellung einer umfassenden und präzisen experimentellen Datenbasis für die zukünftige Validierung von numerischen Modellen zur Simulation der Wirkung von WG und GF.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Christian Oliver Paschereit