Preview

Труды Института системного программирования РАН

Расширенный поиск

Проблемно-ориентированная библиотека SOWFA для решения прикладных задач ветроэнергетики

https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2018-30(6)-14

Полный текст:

Аннотация

В статье рассматриваются возможности открытой библиотеки SOWFA. Проблемно-ориентированная библиотека, работающая в составе открытого пакета OpenFOAM v.2.4.0, предназначена для решения задач ветроэнергетики. В связи со строительством новых ветропарков на территории РФ (Ульяновская область, республика Адыгея) вопросы проектирования, моделирования работы ветропарков и ветроустановок являются актуальными в настоящее время. В статье приводится описание структуры библиотеки SOWFA и некоторых ее классов. Изучение динамики самоорганизованных турбулентных вихревых структур и оценка их размеров важны с точки зрения максимизации вырабатываемой мощности ветроэлектрическими установками (ВЭУ), для анализа оптимального расположения ВЭУ в ветропарке. При этом необходимо детально изучать процесс эжекции воздуха, процесс смещения двух сред, в котором одна среда, находясь под давлением, оказывает воздействие на другую и увлекает ее в требуемом направлении, в районе ветропарке. Явление эжекции играет положительную роль и позволяет восстановить дефицит скорости в следе за ВЭУ, следовательно повлиять на вырабатываемую мощность ветропарка. Явление эжекции можно изучать с помощью движения твердых частиц. В статье описывается пример добавления нового класса KinematicCloud в решатель ABLSolver, который описывает кинематическое облако частиц и пример решения прикладной задачи ветроэнергетики для модельного ветропарка. Расчетная область для модельного ветропарка имела форму параллелепипеда с заданными размерами. Неструктурированная сетка содержала 6 миллионов ячеек. Для определения начального распределения параметров использовалось приближение нейтрального атмосферного пограничного слоя, рассчитанное с применением Precursor метода, реализованного в решателе ABLSolver. Математическое моделирование параметров течения в ветропарке было проведено с использованием решателя pisoFoamTurbine и метода Actuator Line Model. В ходе расчета для случая модельного ветропарка с 12 ветроустановки были получены поля осредненных и пульсационных величин для скорости, для давления, подсеточная вязкость, тензор напряжени, завихренность. В статье выполнено сравнение значения безразмерной горизонтальной скорости в двух различных сечениях со значениями, полученными в эксперименте. Вычисления проведены с использованием ресурсов вычислительного кластера web-лаборатории UniCFD ИСП РАН.

Об авторах

М. В. Крапошин
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия


С. В. Стрижак
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия


Список литературы

1. Прата С. Язык программирования C++. Лекции и упражнения. Вильямс, 2012, 1248 стр.

2. Страуструп Б. Язык программирования C++. Специальное издание. Бином, 2017, 1136 с.

3. Weller H.G., Tabor G., Jasak H., Fureby C. A tensorial approach to computational continuum mechanics using object oriented techniques. Computers in Physics, vol.12, № 6, 1998, pp. 620-631.

4. Churchfield M.J., Lee S., Michalakes J., Moriarty P.J. A numerical study of the effects of atmospheric and wake turbulence on wind turbine dynamics. Journal of Turbulence, vol. 13, no. 14, 2012, pp. 1–32.

5. Breton S.-P., Sumner J., Sørensen J.N., Hansen K.S., Sarmast S., Ivanell S. A survey of modelling methods for high-fidelity wind farm simulations using large eddy simulation. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 375, issue 2091, 2017.

6. Sagaut P. Large eddy simulation for incompressible flows: an introduction. Springer, Berlin, 2002, 426 p.

7. Andersen S.J., Sørensen J.N., Mikkelsen R.F. 2017 Turbulence and entrainment length scales in large wind farms. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 375, issue 2091, 2017.

8. Hancock P.E., Farr T.D. Wind-tunnel simulations of wind-turbine arrays in neutral and non-neutral winds. Journal of Physics: Conference Series, vol. 524, conference 1, 2014.

9. Strijhak S., Redondo J.M., Tellez-Alvarez J. Multifractal analysis of a wake for a single wind turbine. In Proc. of the Conference on Topical Problems of Fluid Mechanics, 2017. pp. 275-284.

10. Kryuchkova A., Tellez-Alvarez J., Strijhak S., Redondo J.M. Assessment of Turbulent Wake Behind two Wind Turbines Using Multi-Fractal Analysis. In Proc. of the Ivannikov ISPRAS Open Conference, 2017. DOI: 10.1109/ISPRAS.2017.00025.

11. Strijhak S.V., Koshelev K.B., Kryuchkova A.S. Studying parameters of turbulent wakes for model wind turbines. AIP Conference Proceedings, 2018, vol. 2027, issue 1.


Для цитирования:


Крапошин М.В., Стрижак С.В. Проблемно-ориентированная библиотека SOWFA для решения прикладных задач ветроэнергетики. Труды Института системного программирования РАН. 2018;30(6):259-274. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2018-30(6)-14

For citation:


Kraposhin M.V., Strijhak S.V. The problem-oriented library SOWFA for solving the applied tasks of wind energy. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2018;30(6):259-274. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2018-30(6)-14

Просмотров: 101


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-8156 (Print)
ISSN 2220-6426 (Online)