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Challenges in Rotor Aerodynamic Modeling for Non-Uniform Inflow Conditions

Boorsma, Koen und Schepers, Gerard und Pirrung, Georg und Madsen, Helge und Sørensen, Niels und Grinderslev, Christian und Bangga, Galih und Imiela, Manfred und Croce, Alessandro und Cacciola, Stefano und Blondel, Frederic und Branlard, Emanuel und Jonkman, Jason (2024) Challenges in Rotor Aerodynamic Modeling for Non-Uniform Inflow Conditions. In: Journal of Physics: Conference Series, 2767 (2), Seiten 1-11. Institute of Physics. Torque2024, 2024-05-29 - 2024-05-31, Florenz. doi: 10.1088/1742-6596/2767/2/022006. ISSN 1742-6588.

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Kurzfassung

Within an international collaboration framework, the accuracy of rotor aerodynamic models used for design load calculations of wind turbines is being assessed. Where the use of high-fidelity computation fluid dynamics (CFD) and mid-fidelity free-vortex wake (FVW) models has become commonplace within the wind energy community, these still fail to meet the requirements in terms of execution time and computational cost needed for design load calculations. The fast but engineering fidelity blade-element/momentum (BEM) method can therefore still be considered the industry workhorse for design load simulations. At the same time, upscaling of wind turbine rotors makes inflow non-uniformities (e.g. shear, veer, turbulence) more important. The objective of this work is to assess model accuracy in non-uniform inflow conditions, which violate several BEM assumptions. Thereto a comparison in turbulent inflow has been executed including a wide variety of codes, focusing on the DanAero field measurements, where a 2.3-MW turbine was equipped with, among other sensors, a pressure measurement apparatus. The results indicate that, although average load patterns are in good agreement, this does not hold for the unsteady loads that drive fatigue damage and aeroelastic stability. A simplified comparison round in vertical shear was initiated to investigate the observed differences in a more controlled manner. A consistent offset in load amplitude was observed between CFD and free-vortex codes on the one hand and BEM-type codes on the other hand. To shed more light on the observations, dedicated efforts are ongoing to pinpoint the cause for these differences, in the end leading to guidelines for an improved BEM implementation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205144/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Challenges in Rotor Aerodynamic Modeling for Non-Uniform Inflow Conditions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Boorsma, KoenTNO Energy Transition NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schepers, GerardTNO Energy Transition NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pirrung, GeorgDTU Technical University of DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Madsen, HelgeDTU Technical University of DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sørensen, NielsDTU Technical University of DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grinderslev, ChristianDTU Technical University of DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bangga, GalihGalih.Bangga (at) dnv.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Imiela, Manfredmanfred.imiela (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-1410-1243162859243
Croce, Alessandroalessandro.croce (at) polimi.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cacciola, Stefanostefano.cacciola (at) polimi.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blondel, Fredericfrederic.blondel (at) ifpen.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Branlard, Emanuelebranlard (at) umass.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jonkman, JasonNational Renewable Energy Laboratory (NREL)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Juni 2024
Erschienen in:Journal of Physics: Conference Series
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:2767
DOI:10.1088/1742-6596/2767/2/022006
Seitenbereich:Seiten 1-11
Verlag:Institute of Physics
ISSN:1742-6588
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Wind, Turbine, Aerodynamics, CFD, Lifting Line, Free-Wake, Experiment
Veranstaltungstitel:Torque2024
Veranstaltungsort:Florenz
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:29 Mai 2024
Veranstaltungsende:31 Mai 2024
Veranstalter :EAWE
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Photovoltaik und Windenergie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Windenergie
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Windenergie
Hinterlegt von: Imiela, Dr. Manfred
Hinterlegt am:03 Jul 2024 08:23
Letzte Änderung:03 Jul 2024 08:23

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