Investigation into Rotor Blade Aerodynamics

114 Pages·2012·1.25 MB·English

JULY2003 ECN-C--03-025
Investigation into Rotor Blade
Aerodynamics
Analysis of the stationary measurements
on the UAE phase-VI rotor
in the NASA-Ames wind tunnel
C. Lindenburg
Preface
Inthespringof2000NRELhasbeentestingtheir10mtestturbineinthe24mx36mwindtunnel
of NASA-Ames. This test turbine was referred to as "Unsteady Aerodynamics Experiment"
phase-VI. In the fall of 2000 a ’Blind Comparison’ was organised by NREL in which wind
turbineresearchinstitutesworldwidewereinvitedtocalculatesomeofthestationaryoperational
conditions without knowing the measured results. Partly based on the scatter in the calculated
aerodynamicloads, further research was started within the scope of the IEA Annex-XXproject.
Thisreportcontainswell-definedreferencedataandcalculationssuchthatitcanserveasbasisfor
futureinvestigationsintheIEAAnnex-XXproject.
TheworkreportedherewassupportedbytheNetherlandsSocietyforEnergyandtheEnvironment,
NOVEM.Contractnumber0224-01-57-21-0018,ECNprojectnumber74112.
PublicationofthisreportwascompletedwithintheIEAAnnex-XXproject,ECNnumber74189.
Acknowledgement
The author wants to thank Mr Scott Schreck of the National Renewable Energy Laboratory for
providing the opportunity to carry-out part of the work at NREL, and for providing the data
measuredintheNASA-Ameswindtunnel.
The author wants to thank Mr James L. Tangler of NREL for providing results from the LSWT
code, andMrJeppe Johansenof RisøforprovidingresultscalculatedwiththeEllipSys3Dcode.
Thesedataallowedcomparisonoftherotatingaerodynamiccoefficients.
Abstract
During 2000 NREL (Colorado) performed an exhaustive series of measurements on their UAE
phase-VI wind turbine in the 24m x 36m wind tunnel of NASA-Ames (California). In the
fall of 2000 NREL organised a ’Blind Comparison’ for wind-turbine research institutes. ECN
participatedinthisbenchmarkwiththeprogramPHATAS.Thestationaryaerodynamiccoefficients
calculatedby the participantsof this ’Blind Comparison’showedlarge differences, in particular
install. Basedontheaerodynamicmodelsusedinthedifferentdesigncodesitwasconcludedthat
thesedifferencesdependamongothersontheairfoilcoefficients-tablesusedandonthecorrection
modelsusedforrotationaleffects.
Inthewinterof2002theaerodynamiccoefficientsinstallwereinvestigatedinmoredetail,partly
based on the measured data for the S809 airfoil. These investigations resulted in an improved
model for the coefficients in stall, and in suggestions for improving the models for rotational
augmentation. IntheprogramPHATAStheimplementationofe.g.thetiplossfactorwasimproved
forlargedistancesbetweenthetrailingvortices. Atthemomentoffinishingthiswork,stillsome
discrepancies remain between the measured and the calculated properties in stall. An onset is
givenforfurtherresearch(startingwithcode-comparison)withintheIEAAnnex-XXproject.
Basedon thediscrepanciesbetweenthe predictedand thecalculatedaerodynamicpropertiesthe
needsforfuturedevelopmentsontheexistingwindturbinedesigncodesweredescribed.
Keywords
Airfoilcoefficients, Deepstall, Rotationalaugmentation,
Rotoraerodynamics, Tip-lossmodels, Windturbine.
2 ECN-C--03-025
CONTENTS
LISTOFSYMBOLS 6
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
1. INTRODUCTION 7
2. AERODYNAMICCOEFFICIENTSINDEEPSTALL 11
2.1 Introduction 11
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.2 DragCoefficientat90degtotheWind 11
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.2.1 Neglecttheshapeofthedownwindside 11
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.2.2 Influenceofthe”wedgeangles” 12
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.2.3 Influenceofthenose(andtrailing)radius 12
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
2.2.4 Influenceofaspectratio 13
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.3 AerodynamicCoefficientsasFunctionofAngleofAttack 14
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.3.1 Normalforcecoefficientforflatplates 14
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.3.2 Tangentialforcecoefficient 15
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.3.3 Momentcoefficient 16
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.4 ReversedFlow 16
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
2.5 ComparisonwithMeasuredCoefficients 17
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
3. AERODYNAMICCOEFFICIENTSOFTHES809AIRFOIL 23
3.1 CalculatedAerodynamicCoefficients 23
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
3.1.1 Zero-liftconditionsusingthinairfoiltheory 23
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
3.1.2 2Dcalculationswithairfoildesigncodes 25
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
3.2 Measured2DAerodynamicCoefficients 26
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
3.3 CoefficientsfromtheNon-rotatingUAEWindTunnelTests 27
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
3.3.1 Comparisonofaerodynamiccoefficients 32
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
3.3.2 Estimatedcoefficientsindeepstall 33
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
3.4 Non-rotatingAerodynamicCoefficientsfortheS809Airfoil 34
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4. ROTATIONALEFFECTSONTHEAERODYNAMICCOEFFICIENTS 35
4.1 Introduction 35
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.2 EffectsofRotationontheAirfoilAerodynamics 35
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
4.2.1 Effectonlaminarseparationbubbles 35
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.2.2 Centrifugalpumpingmechanism 36
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.2.3 Shiftinangleofattack 37
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
4.2.4 Rotationaleffectsonsectionaldrag 37
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.3 CorrectionModelBasedonCentrifugalPumping 38
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.4 ”3D-correction”ofSnel,Houwink,andBosschers 40
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
4.5 Stall-DelaymodelofCorriganandSchillings 41
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
4.6 ReductionofRotatingSectionalCoefficientsneartheTip 43
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.7 MeasuredRotatingCoefficientsfortheS809Airfoil 44
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.8 ComparisonofAnalysisToolsfortheInducedVelocities 48
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.9 ComparisonofCorrectionMethods 51
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4.10 ConcludingRemarks 52
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
5. ASPECTSOF BEMTHEORY 53
5.1 Introduction 53
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
5.2 BladeElementMomentumEquations 54
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
5.3 ModellingtheFlowaroundtheBladeTip 55
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
5.4 CorrectionforFlowCurvatureEffectswithFiniteChord 57
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
5.5 MassFluxforObliqueInflow 58
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
ECN-C--03-025 3
6. BLINDCOMPARISONCALCULATIONS 61
6.1 Introduction 61
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
6.2 ModellingconditionsfortheBlindComparison 62
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
6.3 Up-Wind,ZeroMisalignment 62
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
6.3.1 Resultsforthestationarynon-yawedcases 62
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
6.3.2 Sensitivitytonumericalandmodellingaspects 64
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
6.3.3 Influenceofthenon-rotatingaerodynamiccoefficients 65
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
6.3.4 Influenceofthemodelsforrotationaleffects 66
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
6.3.5 Influenceoftipaerodynamics 68
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
6.4 Up-Wind,YawMisalignment 69
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
7. CONCLUDINGREMARKS 71
7.1 Results 71
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.1.1 Literaturesurvey 71
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.1.2 Improvementsoftheempiricaldeep-stallcoefficientstool’StC’ 71
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.1.3 Rotor-aerodynamicsanalysistools’inflow’and’beminf’ 71
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
7.1.4 ImprovementsoftheBEM-basedcodesBLADMODEandPHATAS 72
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.2 Conclusions 73
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.2.1 ConclusionsonthemeasurementsoftheUAEphase-VIrotor 73
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
7.2.2 Conclusionsondeep-stallcoefficients 74
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.2.3 Conclusionsonrotationalaugmentation 75
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.3 RecommendationsforFutureInvestigations 76
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.3.1 Recommendationsforprocessingsectionalbladeloads 76
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
7.3.2 Recommendationsforinvestigatingrotationalaugmentation 76
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
7.4 StateoftheArtofWindTurbineDesignCodes 78
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
7.4.1 PossibleimprovementsofBEMcodes 79
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
7.4.2 Proposalfora’HybridVortex-Wake’model 80
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
REFERENCES 81
APPENDIXA. MODELLINGOFTHEUAEPHASE-VITURBINE 89
A.1 Introduction 89
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.2 AerodynamicModelling 90
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
A.2.1 Bladegeometry 90
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.2.2 Twistdistribution 90
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
A.2.3 Airfoildistribution 91
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.2.4 Elementdistribution 93
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.3 StructuralModelling 93
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.3.1 Rotormodel 93
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.3.2 Turbinemodel 94
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.3.3 Towermodel 96
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.4 StationaryAerodynamicRotorProperties 96
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.4.1 IdealisedaerodynamicpropertiesfortheUAEphase-VIrotor 96
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
A.4.2 Stationarypropertiesforthephase-VIrotorintheNASA-Amestunnel 98
(cid:0)(cid:1)(cid:0)
APPENDIXB. THEPROGRAMSINFLOWANDBEMINF 99
B.1 ModelfortheVortexWakeofaNon-RotatingBlade/Wing 99
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.1.1 Vortexdescriptionofthebladeliftdistribution 99
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.1.2 Solutionoftheinflowdistribution 101
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
B.1.3 Correctionofthe2Da.o.a.forflowcurvature 102
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
B.2 ModelfortheHelicalVortexWakeofaRotatingRotor 103
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.2.1 Velocitiesofthehelicalwakestructure 104
(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
4 ECN-C--03-025
B.2.2 Geometryofthehelicalwakestructure 104
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.2.3 Numericalintegration 105
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.3 VersionbasedontheinverseBEMmethod 105
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.4 UsingtheProgramsinflowandbeminf 107
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.4.1 Inputfile 107
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.4.2 Filewithmeasuredproperties 109
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.4.3 Outputfilewithaerodynamiccoefficients 109
(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)
B.5 Verification 109
(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:1)(cid:0)(cid:2)(cid:0)(cid:3)(cid:0)
ECN-C--03-025 5
LIST OF SYMBOLS
(cid:0)(cid:2)(cid:1) (cid:0)(cid:3)(cid:1)(cid:5)(cid:4)(cid:5)(cid:1)(cid:7)(cid:6)(cid:9)(cid:8)(cid:10)(cid:0)(cid:3)(cid:11)(cid:13)(cid:12)(cid:15)(cid:14)
Aspectratioofaflatplateorarotorblade: .
(cid:16)
Numberofrotorblades.
(cid:17)
[m] Bladechord.
(cid:17)(cid:19)(cid:18)(cid:21)(cid:20)(cid:22)(cid:17)(cid:24)(cid:23)(cid:25)(cid:20)(cid:22)(cid:17)(cid:24)(cid:26)
Dimensionlesscoefficientsforaerodynamiclift,drag,
andpitchingmoment(nose-up)oftheairfoils.
(cid:17)(cid:24)(cid:27)(cid:28)(cid:20)(cid:22)(cid:17)(cid:19)(cid:29)
Dimensionlesscoefficientsfornormalandtangentialaerodynamicforce.
(cid:30)
[m] Diameterofacylinder.
(cid:12)(cid:24)(cid:31)! (cid:19) (cid:29)
[m] Spanwiselocationofthebladeroot,alongtheconedbladeaxis.
"
’Tip-lossfactor’fortheaverageinducedflowbetweenvortexsheets.
#%$(cid:9)&(’ (cid:20) # (cid:18)) & (cid:23)
[N/m] Aerodynamicforcedistributioninflap-andleaddirection.
# (cid:18)*(cid:20) # (cid:23)
[N/m] Aerodynamicliftanddragloadingperunitspan.
# (cid:27) (cid:20) # (cid:29)
[N/m] Aerodynamicnormalandtangentialloadingperunitspan.
+-, ) (cid:27) (cid:6)
[kgm ] Inertiaofthegeneratorandthepartsaftoftheflexibleshaft.
+-.(cid:19)/(cid:15)0 (cid:6)
[kgm ] Hub-inertia,includingthedrivetrainpartsinfrontoftheflexibleshaft.
132 .
[Nm/rad] Torsionalstiffnessoftherotorshaft.
4
[m] Totallengthoftheblade,measuredalongits(curved!) axis.
576 (cid:20) 578 (cid:20) 5:9
[Nm] Bladeleadwise,flapwise,andtorsionalmoment.
; & ) (cid:31)!
[Nm/m] Aerodynamicmoment,nose-uppositive.
;=<?>(cid:15)@
[kg/m] Spanwiseblademassdistribution.
A
Numberofbladeelements,usedinAppendixB.
B , ) (cid:27)
[Nm] Generatortorque,expressedwithrespecttotherotorshaft.
(cid:1)
[m] Rotorradius,orradialco-ordinateofthetip.
(cid:11)
[m] Radialco-ordinateintherotorsystem.
C C (cid:4)ED (cid:30) (cid:8)GF
Strouhalnumber: .
H
[m] Spanwiseco-ordinatealongthebladeaxis.
I
[s] Time.
JLK (cid:20) F K
[m/s] Axialandtangentialinducedvelocityatthelocationoftheblade.
JLM KON& (cid:27) (cid:20) FM KON& (cid:27)
[m/s] Annulus-averageaxialandtangentialinducedvelocity.
J (cid:29) (cid:31) J (cid:29) (cid:31)P(cid:4)RQ < JLS(cid:25)K(cid:27) (cid:23)UT(cid:13)V >XWZY "[JLK @ (cid:6)]\ < JLS(cid:25)K(cid:27) (cid:23) >(cid:24)^!_‘WP@ (cid:6)
[m/s] Transportvelocity: .
J S(cid:25)K(cid:27) (cid:23)
[m/s] Undisturbedwindvelocity.
F )(cid:21)a
[m/s] Effectivewindvelocityonabladesection,perpendiculartoitsaxis.
b (cid:20)dce(cid:20)Xf
[m] Flapwise(downwind),lagwise,andspanwiseco-ordinates(seeG.Ll.).
b &hg (cid:20)(c &hg b c
[m] Flatwise( )andchordwise( )locationoftheaerodynamiccentre.
i
[rad] Aerodynamicangle-of-attack.
i g
[rad] Coneangleoftherotorblades.
W
[rad] Misalignmentangleofthewindw.r.t.thenormalontherotorplane.
jGK(cid:27)lk
[rad] Inflowangleoftheairflowonthebladew.r.t.therotorplane.
j 9
[rad] Elastictorsionaldeformationofabladesection,nose-downpositive.
m m (cid:4)onqpr(cid:1)sp T(cid:13)V >r<ti g @ (cid:8) JuSvK(cid:27) (cid:23)
Tipspeedratio: .
D
[rad/s] Frequency.
(cid:4)Ex x
w w
Trigonometricconstant: zyr{dy}|-~(cid:28)(cid:127)-(cid:128)(cid:28)| (cid:128) (=valueinthecode).
(cid:129) (cid:0)
[kg/m(cid:130) ] Airdensity.
(cid:131) (cid:131) (cid:4) < (cid:16) (cid:17) @ (cid:8) < w (cid:11) @
Solidityofanannulus: (cid:127) .
(cid:132) )(cid:21)a (cid:132) )(cid:21)a (cid:4) (cid:132) (cid:29)S \ (cid:132)(cid:133)’ Y j 9
[rad] Sumofbladetwist,pitchandelastictorsion: .
(cid:132)(cid:133)’
[rad] Bladepitchangle.
(cid:132) (cid:29)S
[rad] Bladetwistangle.
(cid:134)
[s] Timeconstantinthegeneratortorque-speedrelation.
(cid:135)
[rad/s] Rotorspeed,positiveforclockwiserotation.
6 ECN-C--03-025
1. INTRODUCTION
InApril2000,the2-bladedUAEphase-VItestturbineofNRELwasplacedinthe24mx36mwind
tunnelofNASAAmesinCalifornia,U.S.A.,seeFigure1.1. Measurementshavebeenperformed
for a period of three weeks. Because of their reproducibility, the measurements were found to
be of high quality. On the basis of these measurements,NREL organiseda ’Blind Comparison’
in the fall of 2000. For this Blind Comparison wind turbine research institutes worldwide were
askedtocalculatetheresponsefor20conditions,withoutknowledgeofthemeasuredresults. The
10.058m diameter UAE phase-VI rotor blades have the 20.95% thick S809 airfoils, of which a
descriptionisgiveninappendixA.Thebladesaretwistedandhavea lineartaperwithanaspect
ratio of 7.2 which is less than half the value for modern large wind turbines. For the 2-bladed
rotor, this givesan aerodynamicsolidityof 5.8%. The UAE turbinecan be usedupwindas well
as downwind, and was mainly operated at 72rpm. For most of the measurementsthat were that
were done, the rotor-average axial induction factor was 0.12 or smaller, which is a result from
the relatively small tip-speed ratios, see also chapter 6. Together with the small ratio between
rotor swept-areaand tunnel cross-section(0.09) this low axial induction factor gives a blockage
(restrainedwakeexpansion)oflessthan1%.
This document reports on the results from the NOVEM project ’NASA-AmesRotorbladAero-
dynamica’, contract number 224.721.0013. This project included participation in the ’Blind
Comparison’ organised by NREL in the fall of 2000, see also chapter 6, and exploration of the
measurements in order to improve the knowledge of wind turbine aerodynamics. The resulting
knowledgewasimplementedintheexistingdesigntoolsatECNbasedonBEMtheory.
Within the IEA framework project ’Annex-XX’ further investigations were planned into the
measurementsin theNASA-Ameswindtunnel. Anticipatingon this work, specialeffortis paid
to thedescriptionofthe UAEphase-VIrotor, the assessmentof theS809airfoilcoefficientsand
thedevelopmentoftheanalysistoolinflow.
Approach
Todealwiththelargeamountofaspectsofaerodynamicsofwindturbinerotors,theinvestigations
started with the assessment of the stationary aerodynamic coefficients of the S809 airfoil. Next
the effects of rotation were investigated after which the implementation within the BEM-based
designcodes(suchasBLADMODEandPHATAS)wereinvestigated.
During the work within this project, the joint European IEA Annex-XX framework project was
formulatedonbasisoftheNASA-Amesmeasurements. Becausethe’BlindComparison’showed
a large discrepancy between the analysis methods, and also because the IEA Annex-XX work
wouldbeperformedsomeyearslaterandoveralongerperiod,theinvestigationsintheunderlying
NOVEM project were focussed more on the fundamental aspects of the stationary aerodynamic
coefficientsoftheS809airfoil,andonanaccuratemodeldescriptionoftheUAEphase-VIrotor.
It was anticipated that the topics related with instationaryblade loading associated with oblique
inflowwillbesubjectoftheinvestigationswithintheIEAAnnex-XXframeworkroject.
Dominantaerodynamicaspectsofrotorbladesaretheeffectsofrotation. Severalmodels(mainly
empirical)havebeendevelopedfortheestimationofrotatingaerodynamiccoefficients. Because
most of these modelsare formulatedas correctionon the non-rotatingaerodynamiccoefficients,
andbecauseformostairfoilstheaerodynamiccoefficientsaremeasureduptoangles-of-attackof
about20deg,theinvestigationsstartedwithanimprovementoftheempiricalmodelfordynamic
stall,implementedintheprogramStC,seechapter2. Emphasiswaslaidontheinfluenceofthe
finitespanandonthetangential(suction-)forcecoefficients. ThetoolStCcanbeusedtoextend
tableswith2Dcoefficientstotheangle-of-attackrangefrom-180degto180deg.
ECN-C--03-025 7
NexttheaerodynamiccharacteristicsoftheS809airfoilwereinvestigated,startingwiththenon-
rotatingcoefficients. Theseinvestigationsincludepublicationsofnumericalanalyses,publications
of 2D coefficients from wind tunnel tests and analyses of the non-rotating measurements in
the NASA-Ames windtunnel, see chapter 3. For the latter analyses, the program ’inflow’ was
developedtoobtainthedistributionofangle-of-attack,seeAppendixB.
After assessing the non-rotating aerodynamic properties of the UAE phase-VI rotor blades, an
investigationwasdoneintotheinfluenceofrotationaleffects(’Himmelskampeffect’,orcentrifugal
pumpingeffect)seechapter4. Thisinvestigationstartedwithashorthistoricaloverviewofformer
work, trying to give some clarity on the rotational effects (while making a distinction between
laminarseparationbubbles,leadingedgestall,andtrailingedgestall). Chapter4 alsocontainsa
descriptionof3differentkindofcorrectionmodels,whereitmustbenotedthatthe’3D-correction’
methodof Snelet al. [71] was slightlymodified/improved. Finallythe aerodynamiccoefficients
predicted with these models were compared with the blade loads of the rotating measurements
intheNASA-Ameswindtunnel. Mostoftheempiricalmodelspredictanenhancedaerodynamic
lift,althoughnoneofthesemodelsfitwithallconditionsthathavebeenmeasured.
Chapter5containsdescriptionssomeaspectsoftheBEMapproach,withemphasisontheeffectsof
obliqueinflowandtheformulationandimplementationoftheso-called’tiplossfactor’. Together
withthemodified’3D-correction’methoddescribedin chapter4 thesenewinsightsin theBEM
approach were implemented in the codes BLADMODE release "APR-2002" [45] and PHATAS
release"OCT-2002"[46,47]. Intheremainderofthisreporttheseversionswillsimplybereferred
toasBLADMODEandPHATAS.
The resultsoftheECN-participationinthe ’BlindComparison’in thefall of 2000togetherwith
an evaluation of the improved BEM-based codes BLADMODE and PHATAS are reported in
chapter6. Themeasurementsusedinthe’BlindComparison’wereallfora pitchangleof3deg,
a rotor speed of about 72rpm, and wind speed values of 7m/s through 25m/s. For a wind speed
of15m/sandarotorspeedof72rpm,thetipspeedratiois2.53. Asaconsequenceofthelowtip
speedratiotherotorisnearlyalwaysinstallforpitchanglesnear3deg,exceptatlowwindand/or
strongmisalignment. Thissmalltip-speedratiogivesarelativelowrotordiskloading,despitethe
somewhat high aerodynamic solidity. The evaluation of the improved programs BLADMODE
and PHATAS focussed on the non-yawed stationary upwind conditions and included sensitivity
studiesintothedifferent’correction’modelsfortherotationaleffects,andintonumericalaspects.
AsreferenceforinvestigationsbyotherIEAAnnex-XXparticipants,thestationaryaerodynamic
rotorcharacteristicscalculatedwiththeimprovedPHATASrelease"OCT-2002"areincluded.
The conclusions resulting from the work reported in the chapters 2 through 6 are written in
chapter 7. Although a lot of questions still remain, the aerodynamic modelling of design tools
BLADMODE and PHATAS has been improved. Based on the insight and remainingquestions,
somerecommendationsforfutureinvestigations(suchasinAnnex-XX)aregiven. Alsoaproposal
is given of a rotor aerodynamics model with the models that are needed to improve the current
windturbinedesignprograms.
Appendix A contains a description of the 2-bladed UAE phase-VI turbine as was relevant for
modelling in the ECN codes PHATAS [46] and in BLADMODE [45]. To form a basis of
referencefortheworkwithintheIEAAnnex-XXproject,appendixAalsocontainstheS809airfoil
coefficientsusedfortheanalyseswithPHATASandthestationaryaerodynamiccharacteristicsof
theUAEphase-VIrotorcalculatedwithPHATASforsomeidealisedconditions.
AppendixBcontainsadescriptionoftheanalysistool’inflow’whichwasdevelopedtoobtainedthe
tableswithaerodynamiccoefficientsonbasisofthemeasuredblade-loaddistribution. Inthetool
inflowtheinfluenceoftheinducedvelocityintherotorwakewassolvedwithavortex-description.
Theinfluenceoftheinducedvelocityonthewakestructurewaspartlyincluded.
8 ECN-C--03-025
Effort was spent on the proper functioning and validation of this tool inflow because it was
foreseenthatitmay/willalsobeusedinthefollowingIEAAnnex-XXworkorintheE.C.project
MEXICO.Forcomparisonandevaluationoftheresultsobtainedwithinflow,asimilartoolbeminf
was developed on basis of the BEM theory, including an option to account for the tip-losses by
thePrandtlfactor.
Figure1.1 UAEphase-VIrotorintheNASA-Ameswindtunnel(fromtheNRELwebsite)
ECN-C--03-025 9
10 ECN-C--03-025