Experimentelle Studie zu thermischen Effekten in Strömungen um Windkraftanlagen mit hohen Reynoldszahlen

• Antragstellerin: Dr. Yuna Hattori
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555568385

Das komplexe, temperaturabhängige Verhalten der turbulenten Luftströmung um Windkraftanlage macht es schwierig, realistische Bedingungen für die Windenergieerzeugung vorherzusagen. Um den weltweit wachsenden Energiebedarf zu decken, ist es wichtig, neue Informationen über diese Strömungen zu gewinnen, die uns helfen können, die Effizienz der Windenergieerzeugung zu maximieren. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird erstmals eine Laborstudie über die Strömungen um Windkraftanlage bei verschiedenen thermischen Gradienten und sehr hohen Reynoldszahlen durchgeführt. Windkraftanlage befinden sich immer in der atmosphärischen Grenzschicht, wo die Strömungen durch thermische Effekte aufgrund der Sonneneinstrahlung stark beeinflusst werden. Obwohl diese realen Strömungen selten frei von thermischen Effekten sind, werden sie in den meisten experimentellen Studien über Windkraftanlagen vernachlässigt. Es gibt technische Schwierigkeiten bei der Erzeugung von Strömungen mit thermischen Gradienten um Windturbinenmodelle herum; der Variable Density Turbulence Tunnel (VDTT) in der Göttinger Turbulenzanlage am Max-Plank-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Deutschland verfügt jedoch über die erforderliche Ausrüstung, um diese Herausforderungen zu überwinden. Hier schlage ich drei verschiedene Forschungsziele vor, bei denen der VDTT zur Quantifizierung der thermischen Auswirkungen auf Grenzströmungen um Windkraftanlagen eingesetzt wird. Das erste Ziel ist die experimentelle Klassifizierung der thermischen Effekte in verschiedenen Zuständen der atmosphärischen Grenzschicht. Das zweite Ziel konzentriert sich auf die Bestimmung der Auswirkungen dieser Zustände auf die Energierückgewinnung einer einzelnen Windkraftanlage. Das letzte Ziel untersucht die kollektive Wirkung eines Prototyp-Windparks in einem experimentell erzeugten atmosphärischen Grenzschicht, insbesondere wie thermische Gradienten die Energiekopplung verändern, von der bekannt ist, dass sie die Luftströmung um einen ganzen Windpark verändert. Durch die Kombination dieser experimentellen Studien mit theoretischen Analysen werden die Endergebnisse verallgemeinerte Informationen für die Leistungsvorhersage von Windparks liefern.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle