Ανάπτυξη μεθόδου συνεκτικής-μη συνεκτικής αλληλεπίδρασης για την προσομοίωση της ροής γύρω από στρεφόμενα πτερύγια ανεμογεννητριών

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας μεθόδου για τον υπο- λογισμό της αεροδυναμικής συμπεριφοράς περιστρεφόμενων πτερυγίων. Η περιστροφική αυτή κίνηση έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση τριδιάστατων φαινομένων στην εξέλιξη της ροής που μεταβάλλουν σημαντικά την αεροδυναμική απόδοση του πτερυγίου. Η πρόλεξη των δυνάμεων που λόγω αεροδυναμικών φαινομένων ασκούνται στις τομές του σώματος γί- νεται με τη μέθοδο της συνεκτικής-μη συνεκτικής αλληλεπίδρασης. Η ροή στη μη συνεκτική περιοχή υπολογίζεται με τη διδιάστατη διατύπωση της μεθόδου των συνοριακών στοιχείων, ενώ στη συνεκτική περιοχή επιλύονται οι μη μόνιμες τριδιάστατες εξισώσεις του οριακού στρώματος σε ολοκληρωματική μορφή. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται η διαμόρφωση μίας διδιάστατης διατύπωσης που όμως εμπεριέχει έντονα το στοιχείο της τριδιάστατης ροής, επιτρέποντας την αξιολόγηση της επίδρασης της περιστροφής στη ροή και τελικά την ακριβή πρόλεξη των αεροδυναμικών φορτίων, ενώ συγχρόνως παραμένει μία μέθοδος ιδιαίτερα χαμηλών υπολογιστικών απαιτήσεων.

A computational model for the prediction of the aerodynamic behavior of rotating blades has been developed. As a result of the rotation, the character of the flow becomes three dimensional, thus affecting the aerodynamic performance of the blade. The acting forces on the sections of the body are predicted via the viscous-inviscid interaction technique. The flow in the inviscid region is computated using the 2D panel method, while the governing equations on the viscous region are the unsteady 3D integral boundary layer equations. The abovementioned formulation allows the three-dimensional and rotational viscous effects to be investigated, despite the method practically being two-dimensional. Consequently, the aerodynamic forces acting on the blade are more accurately predicted, while the method retains its computationally cost effective nature.