Boorsma, Koen and Schepers, Gerard and Pirrung, Georg and Madsen, Helge and Sørensen, Niels and Grinderslev, Christian and Bangga, Galih and Imiela, Manfred and Croce, Alessandro and Cacciola, Stefano and Blondel, Frederic and Branlard, Emanuel and Jonkman, Jason (2024) Challenges in Rotor Aerodynamic Modeling for Non-Uniform Inflow Conditions. In: Journal of Physics: Conference Series, 2767 (2), pp. 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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Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/205144/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Conference or Workshop Item (Speech) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Challenges in Rotor Aerodynamic Modeling for Non-Uniform Inflow Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 10 June 2024 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Journal of Physics: Conference Series | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 2767 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1088/1742-6596/2767/2/022006 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 1-11 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Institute of Physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 1742-6588 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Wind, Turbine, Aerodynamics, CFD, Lifting Line, Free-Wake, Experiment | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event Title: | Torque2024 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event Location: | Florenz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event Type: | international Conference | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event Start Date: | 29 May 2024 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event End Date: | 31 May 2024 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Organizer: | EAWE | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Materials and Technologies for the Energy Transition | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Photovoltaics and Wind Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | E SW - Solar and Wind Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | E - Wind Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Braunschweig | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute for Aerodynamics and Flow Technology > Wind Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Imiela, Dr. Manfred | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 03 Jul 2024 08:23 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 03 Jul 2024 08:23 |
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