Cross-sectional wake measurements of actuator disks.

Abstract

Eit tversnitt normalt på straumninga i vakane til to ikkje-roterande vindturbinmodellar har blitt målt ved x = 4D nedstraums. Ved å bruke ein 4-hols Cobra probe har vanlege aksiale straumningsmålingar blitt utvida til å gi tre-dimensjonal informasjon om straumninga. Målemetoden har blitt samanlikna med hot wire målingar for middelverdier og turbulens intensitet, so har vist probene sin evne til å måle turbulens med høg presisjon. Tversnittet av vakene viste at begge diskane opplevde nedoverretta avbøying av straumningen, noko som betyr at vake senteret ikkje var ved det vertikale midtsenteret til diskane. Hastighetskomponentande, v og w, viste korleis straumninga var retta nedover og mot senteret av vaken. Dei vertikale målingane viste eit område med ein sterk nedoverretta hastighet i øvre delen av vaken for begge diskane, noko som retta straumninga nedover. Samanlikninga av dei to diskvakane viste stor skilnad, der vaierdisken hadde ein uutviklet vake med ein lavare aksial hastighet, medan edderkoppdisken hadde ein breiare vake, med høgare hastighet i vakesenteret. Turbulens intensitet Ti og Reynolds skjærspenningar viste korleis turbulensen hadde nådd senteret i vaken på edderkopp disken, noko som regenererte vaken med ein mykje høgare rate enn i vaierdiskvaken. Tilslutt vart vaier-, og edderkoppdiskvakane samanlikna med ein roterande turbinvake. Vaierdisken viste god semje med turbinen, med litt lågare turbulensverdiar, medan edderkoppdiskvaken viste ein veldig annleis fartsprofil og mykje høgare turbulensverdiar. Resultata viser at valet av aktuatordiskmodell er svært viktig når ein modellerer turbinvaker.

The cross-sectional wake normal to the flow of two non-rotating wind turbine models has been measured at x = 4D downstream. By using a 4 hole Cobra probe we have extended normal flow measurements to get three-dimensional information about the wake. The technique has been validated against hot wire measurements for mean flow values and turbulence intensity, proving the probes ability to measure turbulence accurately. The cross-section of the wakes revealed how both disks experienced significant downwash, meaning the wake center was not located at the geographical center of the disk. The velocity components v and w showed the mechanism of this, directing the flow downward and towards the center of the disk. The vertical components showed in both cases an area with strong downwards velocity in the upper regions of the wake. The comparison of the two disks revealed large differences with the wire disk having an undeveloped wake with a larger velocity deficit in the center, while the spider web disk had a wider wake with a lower central velocity deficit. The turbulent statistics Ti and Reynolds shear stresses, u'v, u'w', showed how the turbulence had reached the center of the spider web disk, regenerating the wake at a much higher rate than seen in the wire disk. Lastly, the wire disk and spider disk were compared with cross hot wire measurements of a wind turbine wake. The wire disk showed good agreement with slightly lower turbulence values, while the spider web disk showed a very different velocity profile and much higher turbulence levels. These results prove that the choice of actuator disk is of crucial importance when modeling turbine wakes.