Denne afhandling omhandler udvikling af en ny aerodynamisk model, som er implementeret i det aeroelastiske beregningsprogram HAWC2, udviklet ved DTU Vindenergi. Overordnet er modellen en forenklet udgave af en lifting line hvirvelmodel, som normalt anses for at være for beregningstung til at indgå i et aeroelastisk program. Modellen beregner induktionen ud fra tre bidrag: 1) fra hvirvelsystemet i nærkølvandet; 2) fra en 2D model for Theodorsen effekter (shed vorticity) og 3) fra en model baseret på blade element momentum (BEM) teori, der beregner induktionen fra resten af kølvandet. Den nye model giver en radial kobling mellem de aerodynamiske vingesektioner gennem hvirvelsystemet til forskel fra den normalt benyttede BEM model, hvor induktionen i de enkelte sektioner er uafhængige af hinanden. Modellen kører meget hurtigt og nedsætter kun beregningstiden for aeroelastiske beregninger med få procent sammenlignet med en instationær BEM model. I forhold til tidligere implementeringer er modellen blevet forbedret på en række områder. Blandt andet er behovet for model-specifik bruger input blevet fjernet, og hvirvlerne antages ikke længere at forblive i rotorplanet. Nærkølvandets induktion bliver itereret, hvilket stabiliserer beregningerne og øger den numeriske effektivitet. Modellen er valideret med resultater fra rotor CFD beregninger og fra en mere kompleks vortex panel kode. Valideringen viser, at den nye model giver nøjagtigere resultater i forskellige simulationer sammenlignet med BEM modellen. Især det beregnede aerodynamiske arbejde på grund af vibrationer af vingerne er i bedre overensstemmelse med de mere avancerede modeller. Beregningen af nærkølvandet i den nye model har vist sig at være vigtigt især tæt på vingespidserne. Den aerodynamiske model er yderligere anvendt til at bestemme den kritiske hastighed af en frit roterende vindmølle med hensyn til den aeroelastiske ustabilitet, der kaldes klassisk flutter. Beregningerne er foretaget på NREL 5 MW møllen, men vridnings- og flapvis stivhed er varieret mellem 70 % og 130 % af deres oprindelige værdi, for at f°a mere generelle resultater. Modelleringen af hvirvelsystemet i nærkølvandet øger den kritiske rotorhastighed med fire til ti procent.
展开▼
