ThermoStall

Berührungslose In-Prozess-Messung der abgelösten Strömung an nicht skalierten Rotorblättern von Windkraftanlagen

Wegen der effizienzmindernden Wirkung ist die Ablösung der Grenzschichtströmung ein unerwünschtes Phänomen an Rotorblättern von Windkraftanlagen. Die abgetrennte Strömung führt auch zu instationären Belastungen, die die Lebensdauer des Strukturmaterials verringern und Geräuschemissionen verursachen. Um ein besseres Verständnis der Grenzschichtströmungsablösung zu erreichen, ist eine schnelle, nicht-invasive und berührungslose Methode zur Strömungsvisualisierung erforderlich, die den anspruchsvollen Anforderungen von In-Prozess-Messungen an realen Windenergieanlagen gerecht werden kann.

Ziel dieses Projektes ist es daher, die bestehende thermographische Strömungsvisualisierungsmesstechnik zur Detektion von Strömungsablösungen an Windenergieanlagen im Betrieb weiterzuentwickeln. Im Vergleich zum Stand der Technik mit einer invasiven Präparation der Blattoberfläche nutzt die thermografische Strömungsvisualisierung den Effekt unterschiedlicher Oberflächentemperaturen aufgrund unterschiedlicher Wärmeübergangskoeffizienten in der Strömungsgrenzschicht, um berührungslos und mit großem Arbeitsabstand zwischen verschiedenen Strömungsregimen zu unterscheiden.

Während das prinzipielle Potenzial der Thermografie zur Erkennung von Strömungsablösungen bereits in Windkanalanwendungen nachgewiesen wurde, steht die Anwendung auf In-Prozess-Messungen noch aus. Es werden verschiedene raum-zeitliche Bildverarbeitungsmethoden untersucht, um den Kontrast zwischen der Strömungsablösung und anderen Strömungszuständen zu erhöhen, wobei eine offene Forschungsfrage die Aufnahme und Auswertung von Bildserien an einem bewegten Rotor mit instationären Anströmbedingungen ist. Weitere Aufgaben sind die Bewältigung der geringen räumlichen Auflösung aufgrund der hohen Messdistanzen und der insgesamt nicht reproduzierbaren, nicht-laborähnlichen Umgebungsbedingungen. Als Ergebnis der Projektergebnisse wird die Strömungsvisualisierung an Windenergieanlagen im Betrieb durch die Fähigkeit zur Strömungsabrisserkennung grundlegend verbessert.

Laufzeit:16.12.2019-15.12.2022
Fördergeber:DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V.
Förderkennzeichen:420278089