Investigación y Optimización de Alas de Alto Levantamiento para Sistemas de Energía Eólica Aérea a Altos Números de Reynolds
Autores: Fischer, Denes; Church, Benjamin; Nayeri, Christian Navid; Paschereit, Christian Oliver
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Investigación y Optimización de Alas de Alto Levantamiento para Sistemas de Energía Eólica Aérea a Altos Números de Reynolds
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía eólica
Palabras clave
Optimización de perfiles aerodinámicos
Sistemas de energía eólica en el aire
Algoritmo de optimización NSGA-II
Simulaciones 2D-RANS
Modelo de turbulencia
Experimentos en túnel de viento
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Se investiga el potencial de la optimización de perfiles aerodinámicos para los requisitos específicos de los sistemas de energía eólica aérea (AWE). Se llevaron a cabo investigaciones experimentales y numéricas a altos números de Reynolds para el perfil aerodinámico S1223 y un perfil optimizado con slat delgado. La geometría optimizada se generó utilizando el algoritmo de optimización NSGA-II en conjunto con simulaciones 2D-RANS. Los resultados mostraron que la optimización simultánea del slat y el perfil aerodinámico es el enfoque más prometedor. Además, se encontró que la elección del modelo de turbulencia era crucial, requiriendo un modelado de transición apropiado para reproducir los datos experimentales. El modelo ---- demostró ser el más adecuado para las geometrías investigadas. Se realizaron experimentos en túnel de viento con perfiles aerodinámicos de alto aspecto, utilizando un diseño estructural novedoso, que se basa principalmente en segmentos de perfil aerodinámico impresos en 3D. La geometría del perfil aerodinámico y del slat optimizados mostró una mejora significativa en la sustentación máxima y un desplazamiento del factor de potencia máximo a ángulos de ataque más altos, lo que indica un buen potencial para su uso en sistemas AWE, especialmente a números de Reynolds más altos. El enfoque combinado numérico y experimental demostró ser muy exitoso y el proceso general un punto de partida prometedor para futuras optimizaciones e investigaciones de perfiles aerodinámicos para sistemas AWE.
Descripción
Se investiga el potencial de la optimización de perfiles aerodinámicos para los requisitos específicos de los sistemas de energía eólica aérea (AWE). Se llevaron a cabo investigaciones experimentales y numéricas a altos números de Reynolds para el perfil aerodinámico S1223 y un perfil optimizado con slat delgado. La geometría optimizada se generó utilizando el algoritmo de optimización NSGA-II en conjunto con simulaciones 2D-RANS. Los resultados mostraron que la optimización simultánea del slat y el perfil aerodinámico es el enfoque más prometedor. Además, se encontró que la elección del modelo de turbulencia era crucial, requiriendo un modelado de transición apropiado para reproducir los datos experimentales. El modelo ---- demostró ser el más adecuado para las geometrías investigadas. Se realizaron experimentos en túnel de viento con perfiles aerodinámicos de alto aspecto, utilizando un diseño estructural novedoso, que se basa principalmente en segmentos de perfil aerodinámico impresos en 3D. La geometría del perfil aerodinámico y del slat optimizados mostró una mejora significativa en la sustentación máxima y un desplazamiento del factor de potencia máximo a ángulos de ataque más altos, lo que indica un buen potencial para su uso en sistemas AWE, especialmente a números de Reynolds más altos. El enfoque combinado numérico y experimental demostró ser muy exitoso y el proceso general un punto de partida prometedor para futuras optimizaciones e investigaciones de perfiles aerodinámicos para sistemas AWE.