Modelado CFD de palas de turbinas eólicas con borde de ataque erosionado
Autores: Carraro, Michael; De Vanna, Francesco; Zweiri, Feras; Benini, Ernesto; Heidari, Ali; Hadavinia, Homayoun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modelado CFD de palas de turbinas eólicas con borde de ataque erosionado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Palas de aerogeneradores
Modelado CFD
2D
3D
Borde de ataque erosionado
Aerodinámica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El presente trabajo compara la modelización CFD en 2D y 3D de las palas de turbinas eólicas para definir modelos de orden reducido de configuraciones de borde de ataque erosionado. En particular, tras una extensa campaña de validación de los modelos numéricos adoptados, se realiza una comparación inicialmente cualitativa de los campos de flujo en 2D y 3D al observar mapas de color de energía cinética turbulenta. Similitudes prometedoras impulsan el análisis hacia comparaciones cuantitativas consecuentes. Así, se destacan las diferencias y puntos compartidos entre los coeficientes de presión, fricción y diagramas polares de la pala 3D y la configuración 2D erosionada simplificada. El análisis reveló que las características inviscidas del sistema (es decir, el campo de presión y los coeficientes de sustentación) son descritas con precisión por la configuración 2D de orden reducido. Por otro lado, se observan discrepancias en la fricción de la pared y los coeficientes de arrastre, siendo el modelo 2D consistentemente subestimando la contribución del arrastre en alrededor del 17% y provocando separación de flujo en diferentes ubicaciones a lo largo del flujo. Sin embargo, el modelo 2D propuesto es muy preciso al tratar el rendimiento aerodinámico más significativo de la pala y es 30 veces más rápido que la evaluación 3D en proporcionar la misma información. Por lo tanto, la configuración CFD 2D propuesta es de fundamental importancia para su uso en un gemelo digital de cualquier turbina eólica física con el objetivo de planificar el mantenimiento de manera cuidadosa y precisa, teniendo en cuenta también la erosión del borde de ataque.
Descripción
El presente trabajo compara la modelización CFD en 2D y 3D de las palas de turbinas eólicas para definir modelos de orden reducido de configuraciones de borde de ataque erosionado. En particular, tras una extensa campaña de validación de los modelos numéricos adoptados, se realiza una comparación inicialmente cualitativa de los campos de flujo en 2D y 3D al observar mapas de color de energía cinética turbulenta. Similitudes prometedoras impulsan el análisis hacia comparaciones cuantitativas consecuentes. Así, se destacan las diferencias y puntos compartidos entre los coeficientes de presión, fricción y diagramas polares de la pala 3D y la configuración 2D erosionada simplificada. El análisis reveló que las características inviscidas del sistema (es decir, el campo de presión y los coeficientes de sustentación) son descritas con precisión por la configuración 2D de orden reducido. Por otro lado, se observan discrepancias en la fricción de la pared y los coeficientes de arrastre, siendo el modelo 2D consistentemente subestimando la contribución del arrastre en alrededor del 17% y provocando separación de flujo en diferentes ubicaciones a lo largo del flujo. Sin embargo, el modelo 2D propuesto es muy preciso al tratar el rendimiento aerodinámico más significativo de la pala y es 30 veces más rápido que la evaluación 3D en proporcionar la misma información. Por lo tanto, la configuración CFD 2D propuesta es de fundamental importancia para su uso en un gemelo digital de cualquier turbina eólica física con el objetivo de planificar el mantenimiento de manera cuidadosa y precisa, teniendo en cuenta también la erosión del borde de ataque.