Dynamische Strömungsablösung an dicken Profilen

Phasengemittelte Wirbelstärke und Oberflächen-Druckbeiwerte

 

Zeitlicher Verlauf des Druckbeiwerts auf der Fluegeloberseite

 

Die dynamische Strömungsablösung wurde bisher vor allem im Hinblick auf Helikopter untersucht. Trotz der Fülle an Forschungsprojekten sind diese Ergebnisse nur schlecht auf VAWTs übertragbar, da hier wesentlich niedrigere Reynoldszahlen als bei Hubschrauberrotoren auftreten. Rotorblätter von Vertikalachs-Windkraftanlagen sind zudem deutlich dicker und haben daher grundlegend andere Eigenschaften in Bezug auf die Strömungsablösung. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die dynamische Strömungsablösung auf Rotorblättern von VAWTs experimentell zu untersuchen und anschliessend Methoden zu entwickeln, dieses Phänomen abzuschwächen oder ganz zu unterbinden.

Zu Beginn dieses Projektes stand der Mechanismus der dynamischen Ablösung auf einem NACA 0018 Profil bei Reynoldszahlen von 250.000<Re<500.000 im Mittelpunkt. Zeitlich hochauflösende Messungen des Oberflächendrucks und gleichzeitige Strömungsvisualisierung mittels Particle Image Velocimetry haben gezeigt, dass sich neben dem bekannten Dynamic Stall Vortex ein weiterer, bisher noch nicht beschriebener Wirbel ausbildet. Dieser Wirbel erstreckt sich über die hintere Hälfte des Flügelprofils und erzeugt dort ein Gebiet mit niedrigem Druckbeiwert (siehe obere Abbildung). Dies führt zu einer frühzeitigen, abrupten Abnahme des Kippmoments. Der Versuchsaufbau wird derzeit erweitert, um zusaetzlich zur Oszillation des Anstellwinkels die Strömungsgeschwindigkeit zu variieren, was eine noch realistischere Nachbildung der Umströmung der Rotorblätter ermöglicht.

Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit Prof. Greenblatt vom Technion Israel Institute of Technology durchgeführt. Die Messungen werden in der vom Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik konstruierten Windkanal-Messbox vorgenommen (Details dazu hier).