Estudio Experimental sobre la Influencia de la Aleta de Ranura y la Cavidad Cóncava en las Características de Salida de la Turbina Eólica de Eje Vertical
Autores: Xue, Jiale; Chen, Yongyan; Song, Li; Xing, Yifan; Wang, Baiqiang; Sun, Yansong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estudio Experimental sobre la Influencia de la Aleta de Ranura y la Cavidad Cóncava en las Características de Salida de la Turbina Eólica de Eje Vertical
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Energía eólica
Turbinas eólicas de eje vertical
Cavidad
Estructuras de ranura y aleta
ángulos de instalación
Rendimiento aerodinámico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para abordar la baja eficiencia de utilización de energía eólica de las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) y mejorar su aplicabilidad en ingeniería, se incorporaron estructuras de cavidad y de aleta ranurada en las palas de la turbina. Se realizaron simulaciones numéricas para optimizar estas configuraciones, seguidas de experimentos en túnel de viento que investigaron las variaciones de potencia de salida de tres tipos de VAWT bajo diferentes velocidades del viento en ángulos de instalación de 0 grados, 2 grados, 4 grados y 6 grados. Se empleó el criterio Omega para analizar comparativamente los patrones de evolución de vórtices en los bordes de ataque y de salida para ángulos de instalación de 0 grados, 3 grados y 5 grados. Los resultados experimentales demostraron un crecimiento no lineal en la potencia de salida con el aumento de la velocidad del viento y la velocidad de rotación, siendo las VAWT con aleta ranurada las que mostraron un rendimiento superior. Se identificó el ángulo de instalación óptimo dentro de 2.5-3.5 grados, donde los ángulos apropiados redujeron los gradientes de presión adversos, retrasaron la separación de la capa límite y mitigaron los efectos de desprendimiento de vórtices. Ángulos excesivos inducían acumulación de vórtices y perturbaciones en el estela, comprometiendo la estabilidad del campo de flujo. Este estudio proporciona información crítica para optimizar el rendimiento aerodinámico de las VAWT a través de modificaciones estructurales y ajustes en el ángulo de instalación.
Descripción
Para abordar la baja eficiencia de utilización de energía eólica de las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) y mejorar su aplicabilidad en ingeniería, se incorporaron estructuras de cavidad y de aleta ranurada en las palas de la turbina. Se realizaron simulaciones numéricas para optimizar estas configuraciones, seguidas de experimentos en túnel de viento que investigaron las variaciones de potencia de salida de tres tipos de VAWT bajo diferentes velocidades del viento en ángulos de instalación de 0 grados, 2 grados, 4 grados y 6 grados. Se empleó el criterio Omega para analizar comparativamente los patrones de evolución de vórtices en los bordes de ataque y de salida para ángulos de instalación de 0 grados, 3 grados y 5 grados. Los resultados experimentales demostraron un crecimiento no lineal en la potencia de salida con el aumento de la velocidad del viento y la velocidad de rotación, siendo las VAWT con aleta ranurada las que mostraron un rendimiento superior. Se identificó el ángulo de instalación óptimo dentro de 2.5-3.5 grados, donde los ángulos apropiados redujeron los gradientes de presión adversos, retrasaron la separación de la capa límite y mitigaron los efectos de desprendimiento de vórtices. Ángulos excesivos inducían acumulación de vórtices y perturbaciones en el estela, comprometiendo la estabilidad del campo de flujo. Este estudio proporciona información crítica para optimizar el rendimiento aerodinámico de las VAWT a través de modificaciones estructurales y ajustes en el ángulo de instalación.