Konstruktion & Produktion

Transkript

1 Projektering & Etablering Konstruktion & Produktion Drift & Underhåll Nätintegration

2 En ny modell för turbulensen i atmosfärens gränsskikt Antonio Segalini Johan Arnqvist johan.arnqvist@geo.uu.se

3 Mål och bakgrund En modell som kan beräkna turbulensens storlek och samvariation på olika skalor är mycket viktigt för vindkraftskonstruktion Atmosfärens skiktning (stabilitet) blir mycket viktigare ju större turbinerna blir Därför behöver turbulensmodellerna anpassas efter detta! 3 (25)

4 Atmosfärens stabilitet påverkar vind Stabilt Hög vindskjuvning Skiktningen dämpar turbulensen (låg turbulensintensitet) Neutral Mekaniskt driven turbulens från vindskjuvning dominerar Unstable Liten vindskjuvning och turbulens Skitningen ökar turbulensen (hög turbulensintensitet) 4 (24)

5 Mål och bakgrund Hur samvarierar vinden över rotorn? 5 (25)

6 Olika sorters turbulensmodeller CFD (Computational Fluid Dynamics) RANS U-RANS LES NWP Statistiska turbulensmodeller Mann-modellen 5 (25)

7 Olika sorters turbulensmodeller CFD (Computational Fluid Dynamics) RANS U-RANS LES NWP Statistiska turbulensmodeller Mann-modellen 6 (25)

8 Intensity Co-variation Spektral turbulensmodellering En spektraltensor ger samvariationen av olika variabler på olika stora skalor (för vindkraft u, v, w och θ (eller ρ)) Spektraltransform Tid Vågtal 8 (25)

9 Turbulens i atmosfären Turbulens i atmosfärens gränsskikt är anisotropisk, d.v.s energin är ojämnt fördelad mellan olika riktningar Virvlar i atmosfärens gränsskikt Stora virvlar är mer anisotropiska än små En av de mest använda turbulensmodellerna är Mannmodellen, som tar hänsyn till just detta 9 (24)

10 Rapid Distortion Theory (RDT) Är en approximation som möjliggör lösning av medelvärdesbildade Navier-Stokes ekvationer. Utgår från att medelströmningen och medelskiktningen är dominerande för distortion av virvlar: 10 (25)

11 Rapid Distortion Theory (RDT) Är en approximation som möjliggör lösning av medelvärdesbildade Navier-Stokes ekvationer. Utgår från att medelströmningen och medelskiktningen är dominerande för distortion av virvlar: 11 (25)

12 Rapid Distortion Theory (RDT) Är en approximation som möjliggör lösning av medelvärdesbildade Navier-Stokes ekvationer. Utgår från att medelströmningen och medelskiktningen är dominerande för distortion av virvlar: 12 (25)

13 Rapid Distortion Theory (RDT) Är en approximation som möjliggör lösning av medelvärdesbildade Navier-Stokes ekvationer. Utgår från att medelströmningen och medelskiktningen är dominerande för distortion av virvlar: 13 (25)

14 Rapid Distortion Theory (RDT) Är en approximation som möjliggör lösning av medelvärdesbildade Navier-Stokes ekvationer. Utgår från att medelströmningen och medelskiktningen är dominerande för distortion av virvlar: 14 (25)

15 Mann-modellen Eddy break-up time

16 Ny modell med stabilitet Eddy break-up time

17 Ny modell med stabilitet Eddy break-up time

18 Ny modell med stabilitet Eddy break-up time

19 Jämförelse mellan modell och mätningar Neutral Ri=0.07 Stabil Ri= (25)

20 Profiler av kovarianser från integrerade modellspektra

21 Korrelation mellan vinden på olika höjder Ökande stabil skiktning 21 (25)

22 Sammanfattning och slutsats En ny modell har utvecklats för turbulensen i atmosfärens gränsskikt Data visar att modellen kan förutsäga energiuppdelningen i olika riktningar Modellen följer teoretiska förutsägelser om turbulensen i Inertial subrange Modellen visar på samma trender med ökad stabilitet som mätningarna Modellen visar på samma trender vid avståndsseparation som mätningarna 22 (25)

23 u v w

24 Vidareutveckling och frågor Vi hoppas att modellen kommer få stor spridning inom vindkraftsforskningen Lastberäkningar Effektberäkningar Vakmodellering Tack för att ni lyssnat! 24 (25)

25 Data från punkter med vertikalseparation Δz=20 m Co och Q spektra Koherens och fasförskjutning Co and Q spektra för temperatur