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Development of an interface to introduce stationary LES data to the URANS solver THETA for HAWT performance prediction

Länger-Möller, Annika (2020) Development of an interface to introduce stationary LES data to the URANS solver THETA for HAWT performance prediction. Wind Energy, 23 (2), Seiten 161-176. Wiley. doi: 10.1002/we.2421. ISSN 1095-4244.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
17MB

Kurzfassung

The impact of different sheared velocity profiles on the performance prediction of a horizontal axis wind turbine in the atmospheric boundary layer is investigated. Firstly, the wall roughness in the analytical logarithmic description of the atmospheric boundary layer is varied to obtain different velocity profiles. Subsequently, it is proposed to replace the analytical logarithmic description of the atmospheric boundary layer by the time‐averaged velocity data of a precursor large eddy simulation (LES) and to reconstruct the turbulence of the velocity fluctuations. The LES data are introduced as inflow condition through a LES‐RANS interface in a one‐way coupling approach. Three different methods to reconstruct URANS turbulence values out of the velocity fluctuations are investigated. It is shown that the reconstruction method has an impact on the development of the velocity profile, turbulent kinetic energy, and the turbulent dissipation during the transport through the URANS domain. The different inflow data, which the horizontal axis wind turbine experiences, are responsible for changes in the overall rotor thrust (up to 2.7%) and rotor torque (up to 2.4%). Conversely, the induction factors and effective angles of attack hardly change and can well be compared with a blade element momentum method. Finally, the results of both approaches to prescribe the atmospheric boundary layer are compared. The thrust and power coefficients, and wake recovery are close to each other. Simulations are carried out on an industrial 900 kW wind turbine with the incompressible URANS solver THETA.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/133722/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Development of an interface to introduce stationary LES data to the URANS solver THETA for HAWT performance prediction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Länger-Möller, AnnikaNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-1599-3239NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Februar 2020
Erschienen in:Wind Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:23
DOI:10.1002/we.2421
Seitenbereich:Seiten 161-176
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Wiley, JohnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Wiley
ISSN:1095-4244
Status:veröffentlicht
Stichwörter:atmospheric boundary layer, wind turbine, CFD, LES-RANS-Interface, logarithmic velocity profile, turbulence model boundary condition, turbulence reconstruction
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Windenergie
DLR - Schwerpunkt:Energie
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Windenergie (alt)
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hubschrauber, BS
Hinterlegt von: Schwarz, Dr.-Ing. Thorsten
Hinterlegt am:21 Jan 2020 11:32
Letzte Änderung:23 Okt 2023 12:26

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