Cross-comparative analysis of loads and power of pitching floating offshore wind turbine rotors using frequency-domain Navier-Stokes CFD and blade element momentum theory
Cross-comparative analysis of loads and power of pitching floating offshore wind turbine rotors using frequency-domain Navier-Stokes CFD and blade element momentum theory
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利用频域纳维-斯托克斯 CFD 和叶片单元动量理论对变桨距浮式海上风力发电机转子载荷和功率进行交叉比较分析
DOI：
10.1088/1742-6596/1618/5/052016
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ortolani A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ortolani A
对浮式海上风力涡轮机的空气动力和水动力载荷进行可靠的预测，对于评估其疲劳寿命、设计载荷和动力控制系统以及确保系统在所有运行条件下的整体稳定性至关重要。然而，影响这两种预测的重大不确定性仍然存在。本研究使用经过验证的频域Navier-Stokes计算流体动力学求解器和最先进的叶片单元动量理论代码，对浮式风力涡轮机转子的气动载荷和功率进行了交叉比较分析。考虑的测试案例是国家可再生能源实验室的5兆瓦涡轮机，假设安装在半潜式平台上。采用高保真度和低保真度两种方法对不同俯仰状态下的转子载荷和功率响应进行了评估和比较。在所有情况下，两个预测集的总体定性一致性都很好。在定量水平上，对平均转子推力和叶片面外弯矩的高保真度和低保真度预测相差约1%，而对平均转子功率的预测相差约6%。在高俯仰幅度下，这些差异的一部分似乎取决于进近动态失速预测的差异。
Reliable predictions of the aero-and hydrodynamic loads acting on floating offshore wind turbines are paramount for assessing fatigue life, designing load and power control systems, and ensuring the overall system stability at all operating conditions. However, significant uncertainty affecting both predictions still exists. This study presents a cross-comparative analysis of the predictions of the aerodynamic loads and power of floating wind turbine rotors using a validated frequency-domain Navier-Stokes Computational Fluid Dynamics solver, and a state-of-the-art Blade Element Momentum theory code. The considered test case is the National Renewable Energy Laboratory 5 MW turbine, assumed to be mounted on a semi-submersible platform. The rotor load and power response at different pitching regimes is assessed and compared using both the high-and low-fidelity methods. The overall qualitative agreement of the two prediction sets is found to be excellent in all cases. At a quantitative level, the high-and low-fidelity predictions of both the mean rotor thrust and the blade out-of-plane bending moments differ by about 1 percent, whereas those of the mean rotor power differ by about 6 percent. Part of these differences at high pitching amplitude appear to depend on differences in dynamic stall predictions of the approaches.
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