CFD modeling of a wind turbine blade and optimization through addition of winglets

Abstract

[ES] El objetivo de este proyecto modelar una pala de turbina eólica, simular su comportamiento mediante un código CFD, y mejorarla y optimizarla mediante la adición de winglets. La pala pertenece a un modelo de turbina eólica marítima desarrollado por NREL, con una potencia nominal de 5 MW. Esta turbina es ampliamente usada como referencia para artículos sobre energía eólica. La simulación CFD está hecha en STAR-CCM+, y se hacen una serie de simplificaciones con tal de mantener la simulación computacionalmente asequible. Se realiza un estudio de independencia de malla usando "Adaptive Mesh Refinement" con tal de optimizar la simulación. Finalmente, se realiza un estudio paramétrico añadiendo winglets en distintas configuraciones a la pala, con el objetivo de reducir las pérdidas debido a la generación de vórtices de punta de pala y a otros fenómenos aerodinámicos, por tanto mejorando la eficiencia y coeficiente de potencia de la turbina.

[EN] The aim of this work is to model a wind turbine blade, then simulate its behavior with a CFD program, and improve and optimize it through the addition of winglets. The Blade belongs to an off-shore wind turbine model developed by NREL, with a rated power of 5MW. This turbine is widely used as a reference for papers on wind energy. The CFD simulation is done in STAR-CCM+, and some simplifications are done in order to keep the simulation computationally affordable. A mesh independence study is performed in order to optimize the simulation using adaptive mesh refinement. Finally, a parametric study is performed by adding winglets in different configurations to the blade, with the aim of reducing losses due to blade-tip vortices and other aerodynamic phenomena, thus improving the efficiency and power coefficient of the turbine.