Research on the Parametric Modelling Approach of Vortex Generator on Wind Turbine Airfoil
Research on the Parametric Modelling Approach of Vortex Generator on Wind Turbine Airfoil
复制标题
风电机翼涡流发生器参数化建模方法研究
DOI：
10.3389/fenrg.2021.726721
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发表时间：
2021-08
影响因子：
3.4
通讯作者：
Dingding Wang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ming Chen;Zhenzhou Zhao;Huiwen Liu;Tongguang Wang;Lingyu Meng;Junxin Feng;Ruifang Jiang;Dingding Wang
反向旋转涡发生器（VGs）通常用于延缓风力涡轮机叶片上的气流分离。大尺寸风力机叶片上装有小尺寸涡扇使得计算流体力学（CFD）研究需要大量的计算资源。VGs参数化模型可以有效地提高风电叶片VGs数值研究效率。为了提高参数化模型的精度，本研究提出了一系列的建模方法来确定风力机翼型上附加源项在笛卡尔坐标系中的位置、涡芯半径等。这些技术与最大循环算法相结合，通过考虑VG对之间的相互作用来预测DU91-W2-250叶片与VG的性能。在叶片截面上实现了参数化模型和不同迎角的实体模型。实验数据验证了我们的方法。模拟结果与实验结果吻合较好，证明了两种模型的精度较高。在不同来流速度和aoa条件下，对模型的数值结果进行了比较和分析，验证了所提参数方法的通用性。结果表明，两种模型计算的涡结构、叶片表面上的速度分布和压力系数分布具有较高的一致性。这证明了所提出方法的高度通用性，并证明了参数模型在取代VG实体模型方面的潜力。通过建立涡扇参数模型，将涡扇参数程序化表达，提高了风电叶片涡扇布置的研究效率。
Counter-rotating vortex generators (VGs) are typically employed to delay airflow separation on wind turbine blades. Large-size wind turbine blades equipped with small size VGs make the computational fluid dynamics (CFD) researches require a great deal of computational resources. Parametric models of VGs can effectively improve the numerical research efficiency of wind turbine blades with VGs. In order to improve the accuracy of such parametric models, this study proposed a series of modeling approaches to determine the positions of the adding source term in Cartesian coordinates, the VG vortex core radius, etc., on the wind turbine airfoils. These techniques are integrated with a maximum circulation algorithm by considering the interactions between VG pairs to predict the performance of a DU91-W2-250 blade section with VGs. The proposed parametric model and an entity model at different angles of attack (AoAs) are implemented on the blade section. Our approach is validated using experimental data. Comparisons demonstrate a strong agreement between the modelled and experimental results, proving the high accuracy of the two models. The numerical results of the models are then compared and analyzed at different incoming flow velocities and AoAs to verify the universality of the proposed parametric approaches. The results reveal a high consistency between the vortex structure, the velocity profile above the blade surface and the distribution of the pressure coefficient calculated by the two models. This proves the high universality of the proposed approaches and demonstrates the potential of the parametric model in replacing the VG entity model. The VG parametric model expresses VG parameters by program, which can improve the research efficiency of VG arrangement on wind turbine blades.
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DOI：
10.2514/6.2009-3951
发表时间：
2009-06
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
Christopher D. Booker;Xin Zhang;Sergei Chernyshenko
通讯作者：
Christopher D. Booker;Xin Zhang;Sergei Chernyshenko
DOI：
10.2514/6.2001-2434
发表时间：
2001-06
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
N. May
通讯作者：
N. May
DOI：
10.2514/6.2006-395
发表时间：
2006-01
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
R. Langtry;Jan Gola;F. Menter
通讯作者：
R. Langtry;Jan Gola;F. Menter
DOI：
10.1115/1.4042450
发表时间：
2019-05
期刊：
Journal of Energy Resources Technology
影响因子：
--
作者：
D. Astolfi;F. Castellani;M. L. Fravolini;S. Cascianelli;L. Terzi
通讯作者：
D. Astolfi;F. Castellani;M. L. Fravolini;S. Cascianelli;L. Terzi
影响因子：
2.2
作者：
L. Traub
通讯作者：
L. Traub