This thesis aims to develop new OpenFOAM codes to simulate the ice accretion on wind turbine blades in cold climates and the effects of ice-phobic coatings on the overall anti-icing heat. To avoid high computational costs of resolving complex profiles of ice, rough wall functions are used to model the effects of roughness on the airflow without completely resolving the flow field. Water particles carried by air are then tracked using Lagrangian particle tracking to calculate the exact locations of impingement on the surface to determine whether the particles are pinned or bouncing on the surface. The water mass on the surface is determined and the thermodynamic model of icing is solved to determine the ice profile. A 3D rotating wind turbine blade is simulated using the quasi-3D technique and compared with other CFD codes for validation and the expected minimum anti-icing heat in case ordinary surfaces is compared to the ice-phobic case to study the feasibility of such coatings.
Ziel dieser Doktorarbeit ist die Entwicklung neuer Codes innerhalb OpenFOAM zur Simulation der Eisbildung, das auf dem Rotorblatt im kalten Klima bildet und den Energiebedarf für das Anti-Eis-System zu berechnen. Um übermäßige Berechnungskosten für die Auflösung komplexer Eisprofile zu vermeiden, können rauen Wandfunktionen verwendet werden. Die Luft mitgeführten Wasserpartikel werden mithilfe der Lagrangeschen Partikelverfolgung, um den genauen Ort des Auftreffens der Partikel auf der Oberfläche zu berechnen und ob sie anhaften bleiben oder zurückprallen. Die Wassermasse auf der Oberfläche wird danach grechnet und das thermodynamische Modell der Vereisung angewandt wird, um das endgültige Eisprofil zu ermitteln. Ein 3D-Windturbinenblatt unter Verwendung der Quasi-3D-Technik ist eingesetzt wird. Diese Technik wird dann mit anderen CFD-Codes verglicht. Außerdem wird ein Vergleich zwischen der erwarteten Anti-Icing-Wärme bei normalen und eisabweisenden Oberflächen durchgeführt.
