Preview

Научный вестник МГТУ ГА

Расширенный поиск

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕЧЕНИЯ ОДИНОЧНОЙ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

https://doi.org/10.26467/2079-0619-2016-19-6-176-184

Полный текст:

Аннотация

Известно, что на территории РФ планируется строительство нескольких крупных ветропарков. Задачи, связанные с проектированием и с оценкой эффективности работы ветропарков, являются актуальными на сего- дняшний день. Одно из возможных направлений в проектировании связано с математическим моделированием. Метод крупных вихрей (вихреразрешающее моделирование), разработанный в рамках направления вычислитель- ной гидродинамики, позволяет в деталях воспроизводить нестационарную структуру течения и определить раз- личные интегральные характеристики.В данной статье проведен расчет работы одиночной ветроэлектрической установки с помощью метода крупных вихрей и метода плоских сечений вдоль лопасти турбины. Для постановки задачи рассматривалась рас- четная область в форме параллелепипеда и использовалась адаптированная неструктурированная сетка. Математи- ческая модель включала в себя основные уравнения неразрывности и количества движения для несжимаемой жид- кости. Крупномасштабные вихревые структуры рассчитывались при помощи интегрирования фильтрованных уравнений. Расчет был проведен с использованием модели Смагоринского для определения значения турбулент- ной подсеточной вязкости. Геометрические параметры ветроэлектрической установки задавались исходя из откры- тых источников в интернете.Все физические величины в расчетной области определялись в центре расчетной ячейки. Аппроксимация слагаемых в исходных уравнениях была выполнена со вторым порядком точности по времени и пространству. Уравнения для связи скорости и давления решались с помощью итерационного алгоритма PIMPLE.Общее количество рассчитываемых физических величин на каждом временном шаге равнялось 18. В связи с этим требовались ресурсы вычислительного кластера.В результате расчета течения в следе для трехлопастной турбины получены осредненные и мгновенные значения скорости, давления, подсеточной кинетической энергии и турбулентной вязкости, компоненты тензора подсеточных напряжений. Полученные результаты, качественно совпадающие с известными результатами экспе-риментов и численных расчетов, свидетельствуют о возможности адекватно рассчитать параметры течения дляодиночной ветроэлектрической установки.

Об авторе

Сергей Владимирович Стрижак
ИСП РАН
Россия


Список литературы

1. Росатом до 2020 г. построит ветропарки мощностью 612 МВТ на Юге России: 22 июля 2016 г. [Электронный ресурс]. URL: http://kuban.rbc.ru/krasnodar/freenews/5792012f9a 79473230837559?from=newsfeed (дата обращения: 27.10.2016)

2. Naumov I.V., Rahmanov V.V., Okulov V.L., Velte K.M, Meyer K.E, Mikkelsen R.F. Diagnostic of flow behind the model of windmill turbine // Thermophysics and aeromechanics. 2012. Vol. 19. No. 3. Pp. 267-278

3. Okulov V.L., Naumov I.V., Mikkelsen R.F., Kabardin I.K., Sorensen J.N. A regular Strouhal number for large-scale instability in the far wake of a rotor. J. Fluid Mech. 2014. Vol. 747. Pp. 369-380

4. Krogstad P.A., Lund J.A. An experimental and numerical study of the performance of a model turbine. Wind Energ. 2012. 15. Pp. 443-457

5. Окулов В.Л., Соренсен Ж.Н., ван Куик Г.А.М. Развитие теории оптимального рото- ра. / К 100-летию вихревой теории гребного винта профессора Н.Е. Жуковского. М. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2013. 120 с

6. Sorensen J.N., Shen W.Z. Numerical Modeling of Wind Turbine Wakes, Journal of Fluids Engineering 124, 2002, pp. 393-399

7. Churchfield M.J., Moriarty P.J., Vijayakumar G., Brasseur J.G. Wind Energy-Related Atmospheric Boundary Layer Large-Eddy Simulation Using OpenFOAM. Conference Paper NREL/CP-500-48905 August 2010. Pp. 1-26

8. Calaf M., Meneveau C., Meyers J. Large eddy simulations of fully developed wind-turbine array boundary layers, Phys. Fluids 22. 015110 (2010)

9. Churchfield M.J., Lee S., Michalakes J., Moriarty P.J. A numerical study of the effects of atmospheric and wake turbulence on wind turbine dynamics. Journal of Turbulence. Vol. 13. No. 14. 2012. Pp. 1-32

10. Munters M., Meneveau C., Meyers J. Turbulent Inflow Precursor Method with Time- Varying Direction for Large-Eddy Simulations and Applications to Wind Farms. Boundary-Layer Me- teorol. 2016. DOI 10.1007/s10546-016-0127-z

11. Sagaut P. Large eddy simulation for incompressible flows: an introduction. Springer. Ber- lin. 2002. 426 p

12. Ferziger J.H., Peric M. Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer-Verlag, Berlin et al.: Springer. 2002. 423 p

13. Weller H.G., Tabor G., Jasak H., Fureby C. A tensorial approach to computational con- tinuum mechanics using object oriented techniques. Computers in Physics. 1998. Vol. 12. No. 6. Pp. 620-631

14. Meneveau C., Lund T.S., Cabot W.H. A Lagrangian dynamic subgrid-scale model of tur- bulence. J. Fluid. Mech 1996. 319. Pp. 353-385


Для цитирования:


Стрижак С.В. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕЧЕНИЯ ОДИНОЧНОЙ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ. Научный вестник МГТУ ГА. 2016;19(6):176-184. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2016-19-6-176-184

For citation:


. MATHEMATICAL MODELING OF FLOW PARAMETERS FOR SINGLE WIND TURBINE. Civil Aviation High TECHNOLOGIES. 2016;19(6):176-184. (In Russ.) https://doi.org/10.26467/2079-0619-2016-19-6-176-184

Просмотров: 102


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-0619 (Print)
ISSN 2542-0119 (Online)