Der 'dynamic inflow' Effekt beschreibt die instationäre aerodynamische Reaktion auf schnelle Änderungen der Rotorbelastung einer Windenergienlage. Ingenieursmodelle (IMs) werden in konstruktionsrelevanten aeroelastischen Simulationen eingesetzt, um diesen Effekt zu erfassen. Ziel dieser Arbeit war es, das Verständnis des 'dynamic inflow' Effektes durch Windkanalexperimente zu verbessern. Zunächst wurde eine skalierte Modell-Windturbine entworfen. Anschließend wurde ein Windkanalexperiment mit einem Blatt-Pitch-Schritt durchgeführt. Die relevante Rotorströmung wurde mit einer neuen Methode extrahiert. Diese Messungen wurden mit IMs verglichen. Schließlich wurde eine schnelle Rotorlaständerung durch eine Windböe untersucht. Vergleiche mit IMs zeigten große Abweichungen vom Experiment und eine Modifikation wurde vorgeschlagen. Diese experimentelle Arbeit erweitert das Verständnis des 'dynamic inflow' Effektes für Pitch-Schritte und stellt die Relevanz des Effekts für Böen dar.
The dynamic inflow phenomenon describes the unsteady aerodynamic response to fast changes in the rotor loading of a wind turbine. Aeroelastic design calculations depend on engineering models (EMs) to catch this effect. The objective of this thesis was to enhance the understanding of the dynamic inflow effect based on wind tunnel experiments. Firstly, a scaled model wind turbine was designed. Next, wind tunnel experiments with collective blade pitch steps were conducted. In addition to inflow, wake and load measurements, the dynamics of the induced axial and tangential velocities were extracted by a novel method and compared to EMs. Lastly, fast rotor load changes due to tailor-made wind gusts were investigated. Comparisons to EMs showed large deviations from the experiment, and a modification was suggested. This experimentally driven thesis increases the understanding of the mechanisms of dynamic inflow for pitch steps and provided evidence of the relevance for gust situations.
von Apostolos Langidis ; Simon Nietiedt ; Frederik Berger ; Lars Kröger ; Vlaho Petrović ; Tom T. B. Wester ; Gerd Gülker ; M. Göring ; R. Rofallski ; T. Luhmann ; Martin Kühn
