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Berechnung der reibungsfreien Strömung in Rotoren von Windkraftanlagen

Dieter Lindemann (Dieter Scholz)

Abstract
Zweck - Die Strömung im Windrad soll mit einem Computerprogrammen berechnet werden, das auf der Potentialtheorie beruht. Vorteil ist, daß dabei lediglich die geometrischen Daten des Windrades als Eingabeparameter erforderlich sind. Auftriebs- und Widerstandsbeiwert der Flügelprofile werden nicht benötigt. --- Methodik - Zu einem bestehenden FORTRAN-Rechenprogramm (Panelverfahren) wurde ein Modul zur Bereitstellung der Rotorblattgeometrie entwickelt. Zur Erfüllung der Kutta-Joukowski-Abflussbedingung an der Profilhinterkante wurden verschiedene Nachlaufmodelle (Wirbelleiter) erstellt und getestet. Aus den berechneten Drücken an den Rotorblättern wurden die für Windradberechnungen üblichen Kennzahlen ermittelt und mit Werten aus der Literatur verglichen, die an den modellierten Windrädern gemessenen wurden. Weiterhin wurden die Ergebnisse aus dem Panelverfahren verglichen mit Rechenergebnissen nach der Blade Element Momentum Theory (BEMT). --- Grenzen der Anwendbarkeit - Angenommen wurde eine achsparalleler Anströmung (stationäre Strömung im Relativsystem), mit der auf diese Weise nur Horizontalachsrotoren modelliert werden können. --- Ergebnisse - Die Windradleistung wurde mit dem Panelverfahren deutlich zu hoch abgeschätzt. Grund dafür war, daß das Panelverfahren nur den induzierten Widerstand berücksichtigt, nicht aber den Reibungswiderstand. Weiterhin werden die Profile in der Nähe der Nabe mit sehr hohen Anstellwinkeln angeströmt. Das führt in der Praxis zu Ablösungen, die vom Panelverfahren nicht berücksichtigt werden. Darüberhinaus sind die Ergebnisse sehr stark abhängig von der Modellierung der Wirbelleiter. Hier konnten keine abschließenden Antworten auf die erforderliche Gestalt der Wirbelleiter gefunden werden. Die Ergebnisse aus der Blade Element Momentum Theory zeigten hingegen eine gute Übereinstimmung mit den Messwerten. --- Bedeutung in der Praxis - Selbst bei Überwindung der dargestellten Schwierigkeiten, wird die praktische Nutzbarkeit des Panelverfahrens für eine Windradrechnung derzeit noch durch die extrem langen Rechzeiten eingeschränkt. Rechnungen nach der Blade Element Momentum Theory zeigen hingegen kurze Rechenzeiten und sind bis auf weiteres zu empfehlen.

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Date:1988-02-19
Type of work: Diplomarbeit
Advisor:Alexander Wiedermann
Examiner:Ingolf Teipel
University:Universität Hannover, Germany
Published by:Aircraft Design and Systems Group (AERO), Department of Automotive and Aeronautical Engineering, Hamburg University of Applied Sciences
This work is part of:transparent pin for text alignment Digital Library - Projects & Theses - Prof. Dr. Scholz --- http://library.ProfScholz.de pin
 
PERSISTENT IDENTIFIER:
URN: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:18302-aero1988-02-19.017 (to reach this page)
DOI:https://doi.org/10.15488/9410
ARK:https://n2t.net/ark:/13960/s2ks40984rx
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Keywords, German (GND): Windenergie,   Windturbine,   Aerodynamik,   Panelverfahren
Keywords, English (LCSH): Wind power,   Wind turbines,   Aerodynamics,   Computational fluid dynamics
Keywords, free: Potenzialstr mung, FORTRAN, Windrad, Horizontalachsrotor, Aerodynamisches Profil, Wirbelleiter, Fluid dynamics, Wind energy conversion systems, Aerofoils, potential flow, panel codes, Blade Element Momentum Theory, Vortex Theory, Strip Theory, CFD, BEMT
DDC: 621.312136,    629.1323,    518
RVK: ZL 5410

© This work is protected by copyright

The work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License
CC BY-NC-SA
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Prof. Dr.-Ing. Dieter Scholz, MSME
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LINDEMANN, Dieter, 1988. Berechnung der reibungsfreien Strömung in Rotoren von Windkraftanlagen. Diplomarbeit. Universität Hannover, Institut für Mechanik. Available from: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:18302-aero1988-02-19.017 [viewed YYYY-MM-DD].

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LAST UPDATE:  20 February 2023
AUTHOR:  Prof. Dr. Scholz
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