In order to shed light on the Vertical-Axis Wind Turbines (VAWT) wake characteristics, in this paper we present high-fidelity CFD simulations of the flow around an exemplary H-shaped VAWT turbine, and we propose to apply Proper Orthogonal Decomposition (POD) to the computed flow field in the near wake of the rotor. The turbine under consideration was widely studied in previous experimental and computational investigations. In the first part of the study, multiple Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations were performed at the Tip Speed Ratio (TSR) of peak power coefficient, to select the most accurate turbulence model with respect to available data. In the following step, further RANS numerical simulations were performed at different TSRs to compare the power coefficient against experimental data. Then, Large Eddy Simulation (LES) was applied for multiple TSR conditions. The spatial and temporal POD modes along with modal energy for the RANS and LES results were extracted, and the performance of the turbulence models was assessed. Also, an interpretation of the POD modes with respect to the flow structures was given to highlight the most significant time and length scales of the predictions considering the different dynamical levels of approximations of the computational models.


翻译:为了阐明垂直轴风涡轮(VAWT)的振动特性,本文件介绍了围绕一个模范的H型VAWT涡轮机流的高纤维CFD模拟模型,我们提议在转子接近后对计算流场应用适当的矫形分解法(POD),在以往的实验和计算调查中广泛研究了所考虑的涡轮。在研究的第一部分,在峰值电系数的Tip 加速率(TSR)中进行了多次雷诺斯-Averaged Navier-Stokes(RANS)模拟,以选择可用数据方面最准确的波动模型。在接下来的一步中,在不同的TSR中进行了进一步的RANS数字模拟,以比较动力系数与实验数据之间的对比。然后,对多种TSR条件应用了大型的Eddy模拟(LES),并提取了空间和时间的POD模式以及RANS和LES结果的模量能量,并评估了气流模型的性能。此外,还解释了POD模式中的大部分时间模型与动态结构的精确度,并给出了对动态结构进行最精确的预测。

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