Improving a BEM Yaw Model Based on NewMexico Experimental Data and Vortex/CFD Simulations

Frédéric Blondel (1) , Gilles Ferrer (1) , Marie Cathelain (1) , David Teixeira (1)

1 IFPEN - IFP Energies nouvelles

The aim of the work presented here is to evaluate the capacity of three models to reproduce the blade loads and near wake velocities of a wind turbine, tested in a wind tunnel during the IEA Wind MexNext project ant to improve a Blade Element Momentum (BEM) model based on the analysis of the results. Two in-house solvers (AeroDeeP, CASTOR), based on BEM and vortex methods, are compared to an open-source CFD Actuator Line solver (CFD-AL) named SOWFA, based on the OpenFOAM toolbox. The main conclusions are given below: the BEM model reach the accuracy of other numerical methods for blade loads, even in yawed conditions. To this end, a new simple model has been introduced. Although the results do not compare perfectly with experimental data, a substantial improvement has been obtained. Wake velocities are well predicted by the vortex solver, thanks to the low diffusion of the methods.

Les travaux présentés ici ont pour but d'évaluer la capacité de différents modèles à reproduire le sillage ainsi que les efforts sur les pales d'une éolienne testée en soufflerie dans le cadre du projet MexNext (IEA Wind), et améliorer un modèle BEM (Blade Element Momentum) par l'analyse des résultats. Deux solveurs développés en interne à IFPEN (AeroDeeP, CASTOR), basés sur les méthodes BEM (Blade Element Momentum) et vortex ainsi qu'un modèle CFD-AL (Computational Fluid Dynamics-Actuator Line) open-source, SOWFA, basé sur l'outil OpenFOAM ont été mis en œuvre. Les principaux résultats sont donnés ci-après : la BEM permet d'obtenir des résultats proches des méthodes "avancées", même pour le cas en dérapage. Pour ce faire, un nouveau modèle a été introduit. Bien que les essais ne soient pas parfaitement reproduits, ce modèle simple améliore nettement les résultats. Dans le sillage, la méthode vortex permet d'obtenir des résultats très proches des mesures du fait de la faible diffusion du modèle.

Mots clés: SOWFA; wind turbines; aerodynamics; yaw; BEM; Vortex; CFD

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]

Frédéric Blondel, Gilles Ferrer, Marie Cathelain, David Teixeira. Improving a BEM Yaw Model Based on NewMexico Experimental Data and Vortex/CFD Simulations. Congrès Français de Mécanique, Aug 2017, Lille, France. ⟨hal-01663643⟩