Study of currents in the wakes of vortex generators on the blades of wind power turbines

Abstract

The article considers the possibility of using vortex generators on the back of wind turbine blades. The main objective of the work is to select the optimal shape of vortex generators for effective boundary layer and separated flow control in the blade back region of wind turbines. To achieve this goal, the following tasks were set: determining the optimal shape of vortex generators installed on the blade backs of wind turbines; development of a model of a surface vortex generatorfor controlling the boundary layer and separated flows. The workalso examines in detail the formation and development of separated flows.The most important result is obtaining data on the optimal shape of vortex genera-tors on the blade backs and a prototype of a surface vortex generator for forming flat coherent vortex structures along the blade surface and three-dimensional spiral vortices for influencing the outer boundary of the boundary layer. It is established that surface vortex generators placed on the blade back make it possible to change the flow structure, reduce the energy and scale of turbulent vortices, increase the speed of air flow around the blade back, which contributes to an increase in lift and ener-gy generation by wind powerplants in a wide range of incoming flow velocities.Thesignificance of the obtained results lies in the theoretical and experimental substantiation of the effectiveness of using vortex generators to control the boundary layer along the blade back, their optimal shape,and, ulti-mately, a method for increasing the coefficient of wind energy use by operating wind power plants.

Articolul analizează posibilitatea utilizării generatoarelor de vârtejpe spatele palelor turbinelor eoliene.Obiectivul principal al lucrării este de a selecta forma optimă a generatoarelor vortex pentru un control eficient al stratului limită și al fluxului separat în regiunea din spate a palelor turbinelor eoliene.Pentru a atinge acest obiectiv, au fost stabilite următoarele sarcini: determinarea formei optime a generatoarelor vortex instalate pe spatele palelor turbinelor eoliene;dezvoltarea unui model degenerator vortexde suprafață pentru controlul stratului limită și al fluxurilor separate.Lucrarea examinează, de asemenea, în detaliu formarea și dezvoltarea fluxurilor separate.Cel mai important rezultat este obținerea de date despre forma optimă a generatoarelor de vârtejde pe spatele palelor și a unui prototip de generator de vârtjde supvârtejurilorvortexuri spiralate tridimensionale pentru influențarea limitei exterioare a stratului limită.S-a stabilit că generatoarele de vortex de suprafață plasate pe spatele palei permit modificarea structurii fluxului, reducerea energiei și a amploriivortexurilor turbulente, creșterea vitezei fluxului de aer în jurul spatelui palei, ceea ce contribuie la creșterea portanței și a generării de energie de către centralele eoliene într-o gamă largă de viteze de curgere la intrare.Semnificația rezultatelor obținute constă în fundamentarea teoretică și experimentală a eficacității utilizării generatoarelor de vortex pentru controlul stratului limită de-a lungul spatelui palei, forma lor optimă și, în cele din urmă, o metodă de creștere a coeficientului de utilizare a energiei eoliene prin operarea centralelor eoliene.

Встатье рассмотрена возможность применения вихревых генераторов на спинке лопастей ветроэнергетических установок. Основной цельюисследования являетсяподбороптимальной формы вихревыхгенераторов для эффективного управления пограничным слоем и отрывнымитечениями в области спинки лопастей ветроэнергетических установок.Для достижения цели поставлены следующие задачи: определение оптимальной формы вихревых генераторов, устанавливаемыхнаспинке лопастей ветроэнергетических установок; разработка модели поверхностного вихревого генератора для управления пограничным слоем и отрывными течениями.В процессе исследования подробно рассмотрено формирование и развитие отрывных течений. Наиболее существенным результатом являетсяполучениеданных об оптимальной формевихревых генераторов на спинкеспинки лопасти и предложен прототип поверхностноговихревого генератора для формирования плоских когерентныхвихревых структур вдоль поверхности лопасти итрёхмерных спиралевидных вихрей для воздействия на внешнюю границу пограничного слоя.Установлено, что поверхностные вихревые генераторы размещенные наспинке лопасти позволяют изменить структуру потока, снизить энергию и масштаб турбулентных вихрей, увеличить скорость обтекания спинкивоздушным потоком, что способствует увеличениюподъёмной силы и генерации энергии ветроэнергетическими установками в широком диапазоне скоростей набегающего потока. Значимость полученных результатов заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании эффективности использования вихревыхгенераторов для управления пограничным слоем вдоль спинки лопастей, их оптимальной формыив конечном итоге способа по увеличению коэффициента использования энергии ветра эксплуатируемыми ветроэнергетическими установками.