Numerical investigation of blade tower interaction in upwind hawts using OpenFOAM

This research investigates the tower's and rotor blade's aerodynamic interaction in a wind turbine. The fluctuations of pressure on the surface of the rotor blades and the tower, due to the interaction of the blade and tower, contribute significantly to infrasonic emissions. Further, these fluctuations contribute to fatigue of the wind turbine's structure. Therefore, the effect of various physical influencing variables on pressure fluctuations is studied and evaluated through two-dimensional simulations utilizing OpenFOAM. The 2D configuration is derived from an existing reference wind turbine, using cross-section geometries. Grid is generated using OpenFOAM's blockMesh utility, and mesh motion is achieved utilizing two mesh modifiers, layering and AMI. Besides the velocity and pressure contours, velocity and pressure fields are also extracted and analyzed for the changes in speed and pressure during blade passage. The impact of the variation of different influencing variables on pressure fluctuations is quantified by introducing a nondimensional comparative variable. It is analyzed that larger tower-airfoil spacing and slower airfoil speed effectively reduce pressure fluctuations on the tower and airfoil surfaces.

Questa ricerca studia l'interazione aerodinamica della torre e delle pale del rotore su una turbina eolica. Le fluttuazioni di pressione sulla superficie delle pale del rotore e della torre, dovute all'interazione tra pala e torre, contribuiscono in modo significativo alle emissioni infrasoniche. Inoltre, queste fluttuazioni contribuiscono alla fatica della struttura della turbina eolica. Pertanto, l'effetto di diverse variabili fisiche che influenzano le fluttuazioni di pressione viene studiato e valutato attraverso simulazioni bidimensionali utilizzando OpenFOAM. La configurazione 2D è derivata da una turbina eolica di riferimento esistente, utilizzando le geometrie delle sezioni trasversali. La griglia è generata utilizzando l'utility blockMesh di OpenFOAM e il movimento della maglia è ottenuto utilizzando due modificatori di maglia, layering e AMI. Oltre ai contorni di velocità e pressione, vengono estratti e analizzati anche i campi di velocità e pressione per le variazioni di velocità e pressione durante il passaggio delle pale. L'impatto della variazione di diverse variabili di influenza sulle fluttuazioni di pressione viene quantificato introducendo una variabile comparativa non dimensionale. È stato analizzato che una maggiore distanza tra torre e profilo e una minore velocità del profilo riducono efficacemente le fluttuazioni di pressione sulle superfici della torre e del profilo.