Un nuevo método de control de flujo y mejora de la eficiencia para turbinas eólicas de eje horizontal basado en alas elípticas prepositivas segmentadas
Autores: Bai, Xuan; Zhan, Hao; Mi, Baigang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un nuevo método de control de flujo y mejora de la eficiencia para turbinas eólicas de eje horizontal basado en alas elípticas prepositivas segmentadas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Turbinas eólicas
Separación de flujo
Mejora de la eficiencia
Método CFD
Flujo de perfil aerodinámico
Características aerodinámicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
La separación de flujo ocurre cuando las turbinas eólicas operan bajo grandes condiciones de entrada de aire, lo que afecta seriamente la utilización de la energía eólica y reduce la potencia de salida de la pala. Por lo tanto, se propone una configuración de control de flujo compuesta para turbinas eólicas de eje horizontal, basada en alas elípticas prepositivas segmentadas, para mejorar la eficiencia. Tomando como prototipo una turbina eólica típica de la Fase VI de NREL, se evalúa su efecto de separación mediante el método CFD. Luego, a partir de la mejora del flujo del perfil aerodinámico bidimensional, se diseña el ala elíptica prepositiva de acuerdo con el flujo del perfil aerodinámico, y se obtiene la configuración óptima de control de flujo bidimensional del perfil de la pala mediante análisis de simulación. Finalmente, la configuración bidimensional se extiende a tres dimensiones, y se simulan y comparan las características aerodinámicas de la pala antes y después del control de flujo. Los resultados muestran que, a velocidades del viento de 10 a 20 m/s, la separación de flujo en la pala se inhibe de manera efectiva; mientras tanto, la diferencia de presión entre la superficie de presión y la superficie de succión aumenta. Estas características mejoran enormemente el rendimiento de la turbina eólica y aumentan su par en más del 30%. Además, cuando no se puede alcanzar el efecto de control de flujo, el par de la pala solo se reduce aproximadamente en un 2%.
Descripción
La separación de flujo ocurre cuando las turbinas eólicas operan bajo grandes condiciones de entrada de aire, lo que afecta seriamente la utilización de la energía eólica y reduce la potencia de salida de la pala. Por lo tanto, se propone una configuración de control de flujo compuesta para turbinas eólicas de eje horizontal, basada en alas elípticas prepositivas segmentadas, para mejorar la eficiencia. Tomando como prototipo una turbina eólica típica de la Fase VI de NREL, se evalúa su efecto de separación mediante el método CFD. Luego, a partir de la mejora del flujo del perfil aerodinámico bidimensional, se diseña el ala elíptica prepositiva de acuerdo con el flujo del perfil aerodinámico, y se obtiene la configuración óptima de control de flujo bidimensional del perfil de la pala mediante análisis de simulación. Finalmente, la configuración bidimensional se extiende a tres dimensiones, y se simulan y comparan las características aerodinámicas de la pala antes y después del control de flujo. Los resultados muestran que, a velocidades del viento de 10 a 20 m/s, la separación de flujo en la pala se inhibe de manera efectiva; mientras tanto, la diferencia de presión entre la superficie de presión y la superficie de succión aumenta. Estas características mejoran enormemente el rendimiento de la turbina eólica y aumentan su par en más del 30%. Además, cuando no se puede alcanzar el efecto de control de flujo, el par de la pala solo se reduce aproximadamente en un 2%.