Aerodynamik

Ett simuleringsverktyg har utvecklats för att räkna på aerodynamiken vid ett vertikalaxlat vindkraftverk. Målet har varit att bättre förstå hur ett vertikalaxlat verk fångar upp energi ur vinden och därmed kunna förbättra prestandan genom att optimera turbindesignen.

Aerodynamik är komplext och måste i många fall lösas numeriskt. När aerodynamiken simuleras för de vertikalaxlade turbinerna används generellt tre olika metoder: strömrörsmodellen, virvelmodeller samt finita element/volym metoden. På Uppsala universitet ligger fokus på de två förstnämnda modellerna.

Strömrörsmodellen är den metod som snabbast går att lösa numeriskt då den inte innehåller något tidsberoende flöde. Hastighetsfältet approximeras endast kring turbinbladen. Tack vare dess snabbhet kan denna modell utnyttjas för att simulera strömningen i tre dimensioner. Det möjliggör simuleringar av varierande vindhastighet över turbinarean samt inverkan från bladens bärarmar.

Vid studier av hur flera olika turbiner påverkar varandra måste istället virvelmetoden användas som är något mer komplex. Virvelsimuleringarna görs med fördel i två dimensioner då dessa kräver mer beräkningskraft. Enligt simuleringarna med virvelmetoden har det konstaterats att man kan erhålla högre effekt hos enskilda turbiner om de placeras nära varandra i en linje samtidigt som flödesriktningen är vinkelrät mot denna linje.

Modellen som utvecklats vid Uppsala universitet kan användas vid design av en H-rotor för att optimera effekten och/eller minimera material-lasterna. Med hjälp av vindstatistik från en given plats kan den mest optimala designen för en turbin räknas ut iterativt.

För mer information om vindkraftverks aerodynamik, vänligen kontakta Anders Goude via e-post anders.goude@angstrom.uu.se.