Evaluación de un solucionador CFD híbrido Euleriano-Lagrangiano para aplicaciones de turbinas eólicas y comparación con el nuevo experimento MEXICO
Autores: Spyropoulos, Nikos; Papadakis, George; Prospathopoulos, John M.; Riziotis, Vasilis A.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Evaluación de un solucionador CFD híbrido Euleriano-Lagrangiano para aplicaciones de turbinas eólicas y comparación con el nuevo experimento MEXICO
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Solucionador
Híbrido
Lagrangiano
Euleriano
Simulación
Turbina eólica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En este artículo, se presenta y evalúa el solucionador híbrido Lagrangiano-Euleriano HoPFlow en comparación con las mediciones de túnel de viento del experimento New MEXICO. En el artículo, se presentan los distintos solucionadores que componen el solucionador HoPFlow, junto con detalles sobre su acoplamiento e interacción mutua. El solucionador Euleriano, MaPFlow, resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes compresibles bajo un esquema de discretización de volumen finito centrado en la celda, mientras que el solucionador Lagrangiano utiliza partículas numéricas que transportan masa, presión, dilatación y vorticidad como marcadores de flujo para representar el campo de flujo siguiendo sus trayectorias. El campo de velocidad se calcula utilizando el teorema de descomposición introducido por Helmholtz. El rendimiento computacional se mejora al utilizar la metodología de malla de partículas (PM) para resolver las ecuaciones de Poisson para el potencial escalar y la función de corriente. El solucionador híbrido se prueba en simulaciones no estacionarias en 3-D relacionadas con el flujo axial alrededor del rotor del modelo de turbina eólica (WT) probado en la campaña experimental New MEXICO. Los resultados de la simulación se presentan como cargas integradas del rotor, distribución radial de fuerzas y momentos aerodinámicos y distribuciones de presión en varias posiciones a lo largo de las palas del rotor. Se realiza una comparación con datos experimentales y resultados computacionales producidos por el solucionador Euleriano puro. Se ha encontrado que un total de 5 nodos PM por longitud de cuerda de la sección de la pala al 75% son suficientes para predecir la carga en la región de la punta de la pala con gran precisión. Las discrepancias con respecto a las mediciones, observadas en las secciones raíz y media de la pala, se atribuyen a la omisión de la geometría del spinner en las simulaciones.
Descripción
En este artículo, se presenta y evalúa el solucionador híbrido Lagrangiano-Euleriano HoPFlow en comparación con las mediciones de túnel de viento del experimento New MEXICO. En el artículo, se presentan los distintos solucionadores que componen el solucionador HoPFlow, junto con detalles sobre su acoplamiento e interacción mutua. El solucionador Euleriano, MaPFlow, resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes compresibles bajo un esquema de discretización de volumen finito centrado en la celda, mientras que el solucionador Lagrangiano utiliza partículas numéricas que transportan masa, presión, dilatación y vorticidad como marcadores de flujo para representar el campo de flujo siguiendo sus trayectorias. El campo de velocidad se calcula utilizando el teorema de descomposición introducido por Helmholtz. El rendimiento computacional se mejora al utilizar la metodología de malla de partículas (PM) para resolver las ecuaciones de Poisson para el potencial escalar y la función de corriente. El solucionador híbrido se prueba en simulaciones no estacionarias en 3-D relacionadas con el flujo axial alrededor del rotor del modelo de turbina eólica (WT) probado en la campaña experimental New MEXICO. Los resultados de la simulación se presentan como cargas integradas del rotor, distribución radial de fuerzas y momentos aerodinámicos y distribuciones de presión en varias posiciones a lo largo de las palas del rotor. Se realiza una comparación con datos experimentales y resultados computacionales producidos por el solucionador Euleriano puro. Se ha encontrado que un total de 5 nodos PM por longitud de cuerda de la sección de la pala al 75% son suficientes para predecir la carga en la región de la punta de la pala con gran precisión. Las discrepancias con respecto a las mediciones, observadas en las secciones raíz y media de la pala, se atribuyen a la omisión de la geometría del spinner en las simulaciones.