Respuesta aeroelástica de los rotores de turbinas eólicas bajo la actuación rápida de dispositivos de control de flujo basados en aletas
Autores: Menon, Muraleekrishnan; Ponta, Fernando
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Respuesta aeroelástica de los rotores de turbinas eólicas bajo la actuación rápida de dispositivos de control de flujo basados en aletas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Turbinas eólicas comerciales
Tamaño del rotor
Metodologías de control de carga aerodinámica
Dispositivos de control de flujo activo
Fluctuaciones rápidas de carga
Flaps de borde de salida
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Los aerogeneradores comerciales más grandes hoy en día tienen una potencia nominal de entre 12 MW y 16 MW, con diámetros de rotor de entre 220 m y 242 m, que se espera que crezcan más allá de 250 m en un futuro cercano. Los factores de economías de escala sugieren las ventajas de aumentar el tamaño del rotor para aprovechar eficazmente el potencial eólico. Un mayor énfasis en estudios relacionados con mejoras e innovaciones en metodologías de control de carga aerodinámica ha llevado a los investigadores a centrarse en superar los cuellos de botella en el aumento de tamaño. Aunque el control de paso convencional es un enfoque efectivo para variaciones de carga a largo plazo, su aplicación para mitigar fluctuaciones a corto plazo tiene limitaciones. Esto está directamente asociado con la dependencia cúbica del peso del rotor con el aumento del diámetro. Alternativamente, los dispositivos de control de flujo activos (FCD) tienen el potencial de aliviar las fluctuaciones de carga a través de un recorte aerodinámico rápido. Los accesorios ligeros fraccionarios, como los flaps de borde de salida, prometen una rápida respuesta a tales fluctuaciones rápidas y requieren poca potencia de actuación. El estudio actual investiga el rendimiento del control de carga dinámica activo para aerogeneradores a escala de utilidad a través de una evaluación aeroelástica de la respuesta de la turbina a las acciones de control en escalas de tiempo cortas relevantes para fluctuaciones rápidas de carga. La plataforma numérica utilizada en el análisis está diseñada para considerar la compleja dinámica multifísica del aerogenerador a través de un algoritmo de Ecuación Diferencial Ordinaria (ODE) auto-adaptativo que integra la dinámica presentada por el sistema de control en la respuesta acoplada de la aerodinámica y las deformaciones estructurales del rotor. El caso de referencia en consideración es el uso de flaps fraccionarios de borde de salida utilizados en las palas diseñadas para el Aerogenerador de Referencia NREL-5MW, diseñado originalmente por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables.
Descripción
Los aerogeneradores comerciales más grandes hoy en día tienen una potencia nominal de entre 12 MW y 16 MW, con diámetros de rotor de entre 220 m y 242 m, que se espera que crezcan más allá de 250 m en un futuro cercano. Los factores de economías de escala sugieren las ventajas de aumentar el tamaño del rotor para aprovechar eficazmente el potencial eólico. Un mayor énfasis en estudios relacionados con mejoras e innovaciones en metodologías de control de carga aerodinámica ha llevado a los investigadores a centrarse en superar los cuellos de botella en el aumento de tamaño. Aunque el control de paso convencional es un enfoque efectivo para variaciones de carga a largo plazo, su aplicación para mitigar fluctuaciones a corto plazo tiene limitaciones. Esto está directamente asociado con la dependencia cúbica del peso del rotor con el aumento del diámetro. Alternativamente, los dispositivos de control de flujo activos (FCD) tienen el potencial de aliviar las fluctuaciones de carga a través de un recorte aerodinámico rápido. Los accesorios ligeros fraccionarios, como los flaps de borde de salida, prometen una rápida respuesta a tales fluctuaciones rápidas y requieren poca potencia de actuación. El estudio actual investiga el rendimiento del control de carga dinámica activo para aerogeneradores a escala de utilidad a través de una evaluación aeroelástica de la respuesta de la turbina a las acciones de control en escalas de tiempo cortas relevantes para fluctuaciones rápidas de carga. La plataforma numérica utilizada en el análisis está diseñada para considerar la compleja dinámica multifísica del aerogenerador a través de un algoritmo de Ecuación Diferencial Ordinaria (ODE) auto-adaptativo que integra la dinámica presentada por el sistema de control en la respuesta acoplada de la aerodinámica y las deformaciones estructurales del rotor. El caso de referencia en consideración es el uso de flaps fraccionarios de borde de salida utilizados en las palas diseñadas para el Aerogenerador de Referencia NREL-5MW, diseñado originalmente por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables.