CFD-моделирование аэродинамического профиля лопастей ветроэнергетической установки с вертикальной осью в системе Ansys Fluent

CFD-моделирование аэродинамического профиля лопастей ветроэнергетической установки с вертикальной осью в системе Ansys Fluent = CFD-Modeling of the Airfoil of the Blades of a Wind Power Plant with a Vertical Axis in the Ansys Fluent System / Г. Н. Узаков [и др.] // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика. – 2024. – № 2. – С. 97-114.

Abstract

В статье представлены результаты исследований по моделированию аэродинамического профиля DU-06-W-200, применяемого в ветроэнергетических установках с вертикальной осью, в системе Ansys Fluent, оценке совместимости с экспериментальными данными и определению оптимального значения угла атаки. Аэродинамический профиль DU-06-W-200 смоделирован с углами атаки в промежутке от –15 до +15o, граничными условиями и скоростью потока входных данных 15 м/с, рабочей температурой 23 С, рабочим давлением 1·105 Па, плотностью воздушного потока 1,23 кг/м3 (длина хорды аэродинамического профиля 1 м, динамическая вязкость воздушного потока 1,7894·10–5 кг/(м·с), тип турбулентных моделей SST k – omega (k – ω), k – epsilon (k – ε), число Рейнольдса 1,05·106). Создана область двумерной геометрии и профиль сетки для аэродинамического профиля DU-06-W-200, при этом количество узлов в сетке 37495, а количество элементов 36790. Также было установлено, что коэффициенты сопротивления (Cd) SST k – omega (k – ω) для модели турбулентности равны: 0,1734, 0,0721, 0,0311, 0,0204, 0,0351, 0,0782, 0,1712, k – epsilon (k – ε) для модели турбулентности: 0,2065, 0,0789, 0,0318, 0,0212, 0,0359, 0,0787, 0,2019, коэффициенты подъема силы (Cl) SST k – omega (k – ω) для модели турбулентности равны –0,9169, –0,9169, –0,9239, –0,5394, 0,0842, 0,7416, 1,3134, 1,1229, k – epsilon (k – ε) для турбулентной модели составили: –0,9278, –0,8674, –0,5336, 0,0848, 0,0359, 0,0787, 0,2019 при углах атаки аэродинамического профиля DU-06-W-200, равных: –15o, –10o, –5o, 0o, 5o, 10o, 15o соответственно. При оценке совместимости модели и результатов экспериментов аэродинамического профиля DU-06-W-200 использованы критерий соответствия χ2, среднеквадратичная погрешность (RMSE), коэффициент детерминации (R2), средняя погрешность смещения (MBE). По результатам исследования оценки зависимости соотношения коэффициентов сопротивления и подъемной силы от изменения угла атаки, осуществленной с помощью моделей турбулентности SST k – omega (k – ω), k – epsilon (k – ε), установлено, что максимальное значение отношения коэффициентов сопротивления и подъема силы составляет 21 при оптимальном угле наклона атаки, равном 5.

Abstract in another language

The article presents the results of research on modeling the DU-06-W-200 airfoil used in wind power plants with a vertical axis in the Ansys Fluent system, evaluating compatibility with experimental data and determining the optimal angle of attack. The DU-06-W-200 airfoil was simulated with angles of attack ranging from –15 to +15, boundary conditions and input flow rate being of 15 m/s, operating temperature – of 23 C, operating pressure – of 1·105 Pa, air flow rate – of 1.23 kg/m3 (airfoil chord length is of 1 m, dynamic viscosity of the air flow is 1.7894·10–5 kg/(m·s) and the type of turbulent models is SST k – omega (k – ω), k – epsilon (k – ε), whereas Reynolds number is 1.05·106). A two-dimensional geometry domain and a grid profile for the DU-06-W-200 airfoil have been created, with the number of nodes in the grid 37495 and the number of elements 36790. It was also found that the drag coefficients (Cd) SST k – omega (k – ω) for the turbulence model were equal to 0.1734, 0.0721, 0.0311, 0.0204, 0.0351, 0.0782, 0.1712, k – epsilon (k – ε) for the turbulence model were equal to 0.2065, 0.0789, 0.0318, 0.0212, 0.0359, 0.0787, 0.2019, lift coefficients (Cl) SST k – omega (k – ω) for the turbulence model were –0.9169, –0.9169, –0.9239, –0.5394, 0.0842, 0.7416, 1.3134, 1.1229, k – epsilon (k – ε) for the turbulent model was –0.9278, –0.8674, –0.5336, 0.0848, 0. 0359, 0.0787, 0.2019 at angles of attack of the DU-06-W-200 airfoil equal to –15, –10o, –5, 0, 5, 10, 15, respectively. In assessing the compatibility of the model and the experimental results of the DU-06-W-200 airfoil, the conformity criterion χ2, root mean square error (RMSE), coefficient of determination (R2), and average bias error (ABE) were used. Based on the results of a study of the dependence of the ratio of the drag and lift coefficients on changes in the angle of attack, carried out using the SST k – omega (k – ω) and k – epsilon (k – ε) turbulence models, it has been found that the maximum value of the ratio of the drag and lift coefficients is 21 at the optimal angle attack inclination equal to 5.