Aerodynamik und Blattentwurf - Einfuhrung in die Windenergietechnik - page 145

NREL Blind Comparison

4000

Messung
P-Code 1
P-Code 2
P-Code 3
Nachlauf 1
Nachlauf 2
CFD 1
CFD 2
CFD 3
Aeroelastisch 1
Aeroelastisch 2
Aeroelastisch 3
Aeroelastisch 4

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

Bild 4.14 Blind Comparison
der NASA-AMES-Messungen
aus dem Jahr 2000

0

0 5 10 15 20 25 3 0

Windgeschwindigkeit (m/s)

lips [67] untersuchte in seiner Dissertation sehr eingehend viele weitere Ansätze und Parame-
ter. Wir konnten [ 77] zeigen, dass ein integrales BEM-Verfahren ungeeignet ist. [11] gibt eine
aktuelle Zusammenfassung zum Stand von Theorie und Experiment.

Gegenläufige Tandem-Windturbine
Eine interessante Variante, die bei Schiffspropellern und Helikoptern durchaus sinnvoll ein-
gesetzt wird, stellt die sogenannte gegenläufige (Contra-Rotating) Windturbine dar. Untersu-
chungen [ 79] zeigen allerdings, dass der zu erwartende Ertragsgewinn (ca. 5-10%) möglicher-
weise durch einen zu großen Zusatzaufwand - insbesondere bei der Gestaltung der Blattfor-
men - zunichte gemacht werden könnte.

4.5.5 Dreidimensionale Strömungssimulation - CFD

Der Einsatz effektiver numerischer Methoden zur Untersuchung von Windturbinen ist stets
parallel zur allgemeinen Entwicklung aerodynamischer Theorien vorangetrieben worden. Seit
etwa zwanzig Jahren sind numerische Verfahren zur Lösung der vollen dreidimensionalen
Navier-Stokes-Gleichungen - zusammen mit empirischen Turbulenzmodellen wie z. B. dem
k - " - oder dem k - ! -Modell - auch kommerziell erhältlich. Leider sind diese Turbulenzmodelle
noch nicht genügend ausgereift, umhinreichend genaue Aussagen zu treffen. Ergebnisse vieler
Untersuchungen an verschiedenen Detailfragen scheinen jedoch nahezulegen, dass CFD (im
diesem Sinne der numerischen Lösung der 3D-Navier-Stokes-Gleichungen) die einzige Mög-
lichkeit zur konsistenten Erweiterung der aerodynamischen Beschreibung von Windturbinen
zu sein scheint.
Als ein beeindruckendes Beispiel der nur mit 3D-CFD erreichten Ergebnisse ist eine Zusam-
menfassung von Begleitrechungen („Blind Comparison“) der NASA-Ames-Windkanalversuche
aus dem Jahr 1999/2000 in Bild 4.14 zusammengestellt. Die Datenreihen C1 bis C3 stellen die
CFD-Rechnungen dar. CFD3 ist die Untersuchung von Risø.