Características generales de la aerodinámica de generadores eólicos de eje horizontal y gran potencia

Abstract

En este trabajo se simula numéricamente el comportamiento aerodinámico no-estacionario y no-lineal de un generador eólico de eje horizontal y de gran potencia (Large Horizontal-Axis Wind Turbines o LHAWT) en las configuraciones de rotor aislado y de generador completo. El rango de velocidades de operación y las grandes dimensiones del equipo dan lugar a flujos con altos números de Reynolds. Esto avala la hipótesis de considerar que los efectos viscosos están confinados únicamente a las capas límites y a las estelas. El comportamiento aerodinámico es modelado mediante la técnica de red de vórtices no-lineal y no-estacionaria, que permite determinar la magnitud y la evolución en el tiempo de las cargas aerodinámicas actuantes. Los resultados obtenidos ayudan a comprender como influyen en la eficiencia de un LHAWT, la dirección del viento, la conicidad del rotor, la existencia de la capa límite terrestre y la interacción de las estelas con la torre.

In this work numerical simulations of the non-linear and unsteady aerodynamic behavior of a Large Horizontal-Axis Wind Turbine (LHAWT) are presented for the configurations of an isolated rotor and complete wind turbine. The range of operation velocities of the wind, along with the large dimensions of the wind turbine give place to high Reynolds numbers flows. These facts strengthen the hypothesis that assumes that viscous effects are only confined to the boundary layers and the wakes. The aerodynamic phenomenon is modeled by using the Non-Linear and Unsteady Vortex-Lattice Method, which allows for the magnitude and the time evolution of the aerodynamic loads. The obtained results help understanding the influence in the efficiency of a LHAWT due to: the wind direction, the rotor’s coning angle, the existence of the land surface boundary layer and the presence of the turbine support tower.