Windkraftanlagen Tragflügelsimulation

Allgemeines zum Projekt

Projekttitel: Windkraftanlagen Tragflügelsimulation

Betreuer: Prof. Dirk Reith / M.Eng. Philipp Spelten

E-Mail: philipp.spelten@phd.h-brs.de         

Anzahl Plätze:   1

Start: Sommersemester 2024

Studiengänge:

• Maschinenbau  Schwerpunkt Mechatronik
• Maschinenbau  Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung
• Nachhaltige Ingenieurwissenschaft

Kurzbeschreibung

Die Verringerung der Schallemissionen ist ein aktives und offenes Forschungsfeld. Um neue Konzepte der Schallreduktion zu untersuchen, eignen sich Simulationen besonders gut, da man (anders als mit Messsystemen) direkt in die Strömung hinein blicken kann, ohne sie zu beeinflussen. Hierfür sind Methoden wie die Lattice Boltzmann Methode (LBM) geeignet. Die LBM kann das Verhalten von Fluiden numerisch, auch parallelisiert auf GPUs, gut abbilden. Um die LBM auf die Schallemissionen von WKAs anzuwenden, ist eine Weiterentwicklung der Methode und die Untersuchung des Anwendungsbeispiels notwendig.

In Ihrem Projekt untersuchen Sie ein Tragflügelprofil, das oft an Windkraftanlagen verwendet wird (beispielsweise „NREL S809“ oder „NACA 63-412“). Sie übertragen bisherige Erkenntnisse der Forschung auf den Code lettuce und untersuchen verschiedene Möglichkeiten, die Effizienz weiter zu steigern, sodass auch akustische Effekte abgebildet werden können. Sie lernen die Grundlagen der Strömungsmechanik, schnelles und effizientes Programmieren in Python, und was aktuell zur Reduktion von Strömungsschall möglich und nötig ist.

Projektphasen

Masterprojekt 1:

Sie simulieren ein Tragflügelprofil in 2D. Dazu

1. wählen Sie ein Profil mit Referenzwerten in der Literatur,
2. setzen die Simulationsdomäne auf und
3. lassen sich wichtige Observablen zum Vergleich mit der Referenz ausgeben.

Masterprojekt 2:

Zwei Optionen:

1. Sie evaluieren die Randbedingungen, insb. Ein- und Auslass. Sie variieren beispielsweise das eingeströmte Turbulenzfeld oder passen den Auslass so an, dass kein Schall reflektiert wird.
2. Sie übertragen die Simulation von 2D auf 3D. Dazu
   1. steigern Sie die Effizienz indem Sie berechnen, welche Auflösung überhaupt benötigt wird und
   2. wählen die Randbedingungen geschickter.

Masterthesis:

Sie ermöglichen hochaufgelöste Strömungen an der Tragflügeloberfläche, indem Sie das Gitter in der Nähe der Oberfläche verfeinern („grid-refinement“). Die hochaufgelöste Simulation vergleichen Sie wieder mit der Referenz hinsichtlich Performanz und Genauigkeit.