Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Effect of contamination on wind turbine airfoils performance

Michał Wypniewski

Abstract

This paper’s purpose is to describe the influence of airfoils state surface on their performance and machines’ efficiency, especially on wind turbines’. Wind tunnel testing carried out at Warsaw University of Technology, at Mechanical, Energetic and Aeronautical Faculty in Poland included the RDTW 1001 and RDTW 1002 airfoils for KW–size wind turbines both with and without leading edge roughness. Airfoils efficiency depends above all on work conditions. Such factors as rain, snow, salt or bugs are only a few of the countless negative factors which distort the results of the tests. These have a great impact on the performance in case of wind turbines because of the most common in this field laminar airfoils. Their characteristics prevent them from working faultless unless their surfaces are smooth and geometry is well-shaped. The carried out research also delivered methods for making airfoils sensitivity on leading edge roughness less harmful for their performance. The most adequate example is RisØ-B1 airfoil family for MW-size wind turbines. Its performance was compared with NACA’s 4418 – classic aircraft airfoil and NACA’s 63-418 – laminar airfoil. In case of RisØ- B1 an insignificant difference in performance when comparing smooth and rough surface has been noticed, whilst the performance of the other airfoils significantly decreased. Performance of RDTW airfoils with leading edge roughness also decreased but became more stable. The kind of roughness used in tests caused a drop in maximum lift of 5 % (1001) and 8% (1002). In case of 1002 much increase of drag was observed. The results of the research confirm the thesis that the leading edge roughness has a pejorative influence on wind turbine, plane or glider airfoils performance. The difference between these three is work conditions and because of them, the level of changes in performance can be more or less severe. Those changes can be predicted and eliminated but the possibility of their appearance has to be noticed in an early stage of the project to avoid additional costs and save time.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Michał Wypniewski (FPAE) Michał Wypniewski,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Wpływ zanieczyszczeń na osiągi profili turbin wiatrowych
Supervisor
Konrad Gumowski (FPAE/IAAM) Konrad Gumowski,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
27-09-2016
Issue date (year)
2016
Pages
38
Internal identifier
MEL; PD-3820
Reviewers
Konrad Gumowski (FPAE/IAAM) Konrad Gumowski,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Jacek Szumbarski (FPAE/IAAM) Jacek Szumbarski,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
profil, turbiny wiatrowe, zanieczyszczenia, chropowatość powierzchni
Keywords in English
airfoil, wind turbines, contamination, leading edge roughness
Abstract in Polish
Niniejsza praca przedstawia wpływ stanu powierzchni profili na ich osiągi oraz wydajność maszyn, głównie turbin wiatrowych, którym zapewniają energię do pracy. Przeprowadzono badania tunelowe profili – RDTW 1001 i RDTW 1002 – porównując wyniki z gładką i zabrudzoną krawędzią natarcia. Badania zostały przeprowadzone na Politechnice Warszawskiej, na wydziale Mechaniczny, Energetyki i Lotnictwa w Tunelu Małej Turbulencji. Profile RDTW zostały zaprojektowane dla elektrowni wiatrowych małej mocy (5-10 kW). Wydajność profili jest wielce uzależniona od warunków w jakich muszą pracować. Opady deszczu, śniegu, sól, owady – to tylko niektóre z niekorzystnych czynników pogarszających charakterystyki aerodynamiczne poprzez zwiększanie chropowatości powierzchni profili. W przypadku turbin wiatrowych jest to szczególnie istotne zagadnienie ze względu na używane tam profile laminarne. Ich efektywna praca związana jest z gładą powierzchnią i dokładnie odwzorowaną geometrią. W tej pracy opisano metody stosowane do zmniejszania wrażliwości profili na zmiany chropowatości powierzchni na przykładzie rodziny profili Riso-B1, zaprojektowanych do pracy w turbinach wiatrowych. Porównano ich charakterystyki z klasycznym profilem lotniczym NACA 4418 oraz profilem laminarnym NACA 63-418. W badanych na potrzeby tej pracy profilach RDTW, projektowanych do pracy w określonym zakresie kątów natarcia, zauważono istotne zmiany w przebiegu charakterystyki za równo siły nośnej jak i oporu, właśnie w rejonie punktu pracy. W „brudnej” konfiguracji obydwa profile ustabilizowały charakterystykę siły nośnej, zmniejszając jej maksymalną wartość o ok. 5% w przypadku 1001 i ok. 8 % w przypadku 1002. Charakterystyka oporu pogorszyła się znacznie bardziej w przypadku 1002. Wartość w rejonie punktu pracy wzrosła o 140%. Wyniki badań jednoznacznie potwierdzają negatywny wpływ zwiększania chropowatości na osiągi profili turbin wiatrowych, szybowców czy samolotów. Jednak warunki pracy tych maszyn są na tyle różne, że intensywność tych zmian będzie dużo większa w przypadku tych pierwszych. W związku z tym bardzo ważne jest, już na etapie projektowania, dostrzeżenie ewentualnego zagrożenia utraty efektywności spowodowanej nagromadzeniem m. in. brudu i znalezienie optymalnego rozwiązania problemu.
File
  • File: 1
    Praca inzynierska Michal Wypniewski.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 13785

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTbf23488d0fd940719d107e214d0c945b/
URN
urn:pw-repo:WUTbf23488d0fd940719d107e214d0c945b

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page