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Enregistrement W4322620274 · doi:10.1108/hff-09-2022-0562

Numerical investigation of h-Darrieus wind turbine aerodynamics at different tip speed ratios

2023· article· en· W4322620274 sur OpenAlexaff
Kartik Venkatraman, Stéphane Moreau, Julien Christophe, Christophe Schram

Notice bibliographique

RevueInternational Journal of Numerical Methods for Heat &amp Fluid Flow · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueLattice Boltzmann Simulation Studies
Établissements canadiensUniversité de Sherbrooke
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésAerodynamicsTip-speed ratioWakeTurbineMechanicsLarge eddy simulationTurbulenceStall (fluid mechanics)Computational fluid dynamicsMechanical fanAerospace engineeringSimulationPhysicsEngineeringMechanical engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Purpose The purpose of the paper is to predict the aerodynamic performance of a complete scale model H-Darrieus vertical axis wind turbine (VAWT) with end plates at different operating conditions. This paper aims at understanding the flow physics around a model VAWT for three different tip speed ratios corresponding to three different flow regimes. Design/methodology/approach This study achieves a first three-dimensional hybrid lattice Boltzmann method/very large eddy simulation (LBM-VLES) model for a complete scaled model VAWT with end plates and mast using the solver PowerFLOW. The power curve predicted from the numerical simulations is compared with the experimental data collected at Erlangen University. This study highlights the complexity of the turbulent flow features that are seen at three different operational regimes of the turbine using instantaneous flow structures, mean velocity, pressure iso-contours, blade loading and skin friction plots. Findings The power curve predicted using the LBM-VLES approach and setup provides a good overall match with the experimental power curve, with the peak and drop after the operational point being captured. Variable turbulent flow structures are seen over the azimuthal revolution that depends on the tip speed ratio (TSR). Significant dynamic stall structures are seen in the upwind phase and at the end of the downwind phase of rotation in the deep stall regime. Strong blade wake interactions and turbulent flow structures are seen inside the rotor at higher TSRs. Research limitations/implications The computational cost and time for such high-fidelity simulations using the LBM-VLES remains expensive. Each simulation requires around a week using supercomputing facilities. Further studies need to be performed to improve analytical VAWT models using inputs/calibration from high fidelity simulation databases. As a future work, the impact of turbulent and nonuniform inflow conditions that are more representative of a typical urban environment also needs to be investigated. Practical implications The LBM methodology is shown to be a reliable approach for VAWT power prediction. Dynamic stall and blade wake interactions reduce the aerodynamic performance of a VAWT. An ideal operation close to the peak of the power curve should be favored based on the local wind resource, as this point exhibits a smoother variation of forces improving operational performance. The 3D flow features also exhibit a significant wake asymmetry that could impact the optimal layout of VAWT clusters to increase their power density. The present work also highlights the importance of 3D simulations of the complete model including the support structures such as end plates and mast. Social implications Accurate predictions of power performance for Darrieus VAWTs could help in better siting of wind turbines thus improving return of investment and reducing levelized cost of energy. It could promote the development of onsite electricity generation, especially for industrial sites/urban areas and renew interest for VAWT wind farms. Originality/value A first high-fidelity simulation of a complete VAWT with end plates and supporting structures has been performed using the LBM approach and compared with experimental data. The 3D flow physics has been analyzed at different operating regimes of the turbine. These physical insights and prediction capabilities of this approach could be useful for commercial VAWT manufacturers.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,006

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,047
Tête enseignante GPT0,360
Écart entre enseignants0,313 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations15
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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