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QUICK REVIEW

[论文解读] NREL Phase VI wind turbine in the dusty environment

J. Zare, Seyed Ehsan Hosseini|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2023
Wind Energy Research and Development被引用 14
一句话总结

一项数值研究,使用拉格朗日–欧拉多相模型评估尘埃空气如何影响 NREL Phase VI 风力涡轮机,显示性能下降并量化不同尘粒尺寸的功率下降。

ABSTRACT

The meteorological conditions markedly affect the energy efficiencies and cost/power rate of the wind turbines. This study numerically investigates the performance of the National Renewable Energy Laboratory (NREL) Phase VI wind turbine, designed to be insusceptible to surface roughness, undergoing either clean or dusty air. First, the numerical approach is validated against the available experimental data for clean air. Following this, the model is developed into a Lagrangian-Eulerian multiphase approach to comprehensively analyze the effects of the dusty air. The dependence of aerodynamic performance on the wind speed (= 5-25 m/s), particle diameter dp (= 0.025-0.9 mm) and angle of attack (= 0o-44o) is investigated. It is found that the turbine performance generally deteriorates in dusty conditions. But it becomes relatively acute for dp > 0.1 mm and post-stall state. As such, the generated power is reduced by 4.3% and 13.3% on average for the air with the dp = 0.05 and 0.9 mm, respectively. The particles change the flow field profoundly, declining the pressure difference between the suction/pressure sides of the blade-airfoil, advancing the boundary layer separation, and strengthening the recirculation zones. The above changes account for a lower lift coefficient and higher drag coefficient.

研究动机与目标

  • 用干净空气实验数据验证针对 NREL Phase VI 风力涡轮机的数值方法。
  • 开发拉格朗日–欧拉多相模型以捕捉尘埃空气对转子气动的影响。
  • 研究风速(5–25 m/s)、颗粒直径(0.025–0.9 mm)和攻角(0–44°)如何影响性能。
  • 表征尘埃如何改变流场、升力/阻力以及边界层行为以解释功率损失。

提出的方法

  • 用可获得的干净空气实验数据验证数值模型。
  • 采用拉格朗日–欧拉多相框架来模拟尘埃空气与转子叶片的相互作用。
  • 系统地改变风速(5–25 m/s)、尘粒直径(0.025–0.9 mm)和攻角(0–44°)。
  • 分析气动系数与流场变化,包括升力、阻力、压差分布和边界层分离。
  • 评估尘埃引起的流动修改如何转化为输出功率损失。

实验结果

研究问题

  • RQ1尘埃空气相对于干净空气,如何影响 NREL Phase VI 风力涡轮机的气动性能?
  • RQ2尘粒尺寸、风速和攻角如何相互作用以改变升力、阻力和总体输出功率?
  • RQ3哪些流场机制(压力差、边界层行为、回流)驱动尘埃中的性能变化?

主要发现

  • 在尘埃条件下涡轮性能通常下降。
  • 对于 dp = 0.05 mm,功率平均降低4.3%;对于 dp = 0.9 mm,降低13.3%。
  • 尘埃主要影响 dp > 0.1 mm 的情况和失速后条件,影响更为显著。
  • 颗粒通过减小吸力侧与压力侧的压差、提前边界层分离并加强回流区来改变流场。
  • 这些流动变化导致升力系数下降和阻力系数上升。

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本解读由 AI 生成,并经人工编辑审核。