Effect of Coriolis acceleration on the span-wise vorticity field over a wind-turbine airfoil

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dc.contributor.authorRodrigues, Pedro Trombini [UNESP]
dc.contributor.authorGennaro, Elmer Mateus [UNESP]
dc.contributor.authorSouza, Daniel Sampaio [UNESP]
dc.contributor.institutionUniversidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.date.accessioned2022-07-12T21:10:36Z
dc.date.available2022-07-12T21:10:36Z
dc.date.issued2022-06-30
dc.description.abstractThe rotation is known to reduce the volume of the region of separated flow on inboard sections of horizontal-axis wind turbine blades. This reduction is frequently attributed to centrifugal pumping. However, recent investigations on the rotational stabilization of leading-edge vortex suggest that the radial transport of vorticity may not be the dominant mechanism limiting the vortex circulation on inboard sections of insect wings. For such low-Reynolds number, the effect of the tangential component of the Coriolis force destroys radial vorticity, limiting the growth of the leading-edge vortex and stabilizing it. However, to the best knowledge of the authors, the contribution of such a phenomenon to the rotational augmentation observed in wind turbines has not been assessed. We employed quasi-3D simulations to investigate the role of the Coriolis acceleration to the balance of span-wise vorticity within the region of separated flow on the upper surface of wind-turbine-blade sections at high angles of attack. The destruction rate of radial vorticity due to Coriolis acceleration was most significant in the free shear layer on the upper boundary of the separated-flow region. Moreover, it is shown that its integrated effect may be comparable to the rate of vorticity flowing in the recirculation region from the boundary layer. Therefore, the mechanism may be relevant to rotational augmentation observed in inboard sections of wind-turbines blades.en
dc.description.abstractA rotação é conhecida por reduzir o volume da região de escoamento separado em seções próximas à raiz de pás de turbina eólica de eixo horizontal. Essa redução é frequentemente atribuída ao bombeamento centrífugo. No entanto, recentes investigações acerca da estabilização de vórtices de bordo de ataque sugerem que o transporte radial de vorticidade pode não ser o mecanismo dominante que limita a circulação do vórtice em seções próximas à raiz de asas de inseto. Para tal condição de escoamento a baixo Reynolds, o efeito da componente tangencial da força de Coriolis destrói a componente radial da vorticidade, limitando o crescimento do vórtice de bordo de ataque, estabilizando-o. Entretanto, com o melhor conhecimento dos autores, a contribuição de tal fenômeno para o aumento rotacional observado em turbinas eólicas ainda não foi avaliada. No trabalho descrito aqui, foram empregadas simulações quasi-3D a fim de investigar o papel da aceleração de Coriolis para o balanço da componente radial da vorticidade dentro da região de escoamento separado no extradorso de seções de pá de turbina eólica a elevados ângulos de ataque. A taxa de destruição da componente radial da vorticidade devido à aceleração de Coriolis foi mais significativa na camada cisalhante livre sobre a fronteira acima da região de escoamento separado. Além disso, é mostrado que seu efeito integrado pode ser comparável à vazão da componente radial de vorticidade fluindo para a região de recirculação a partir da camada limite. Portanto, o mecanismo pode ser relevante para o aumento rotacional observado em seções próximas à raiz de pás de turbinas eólicas.pt
dc.description.affiliationUniversidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Engenharia de São João da Boa Vista
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: 20/10972-3
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: 22/02812-1
dc.description.versionVersão final do editor
dc.identifier.citationAIAA AVIATION 2022 FORUM, 2022
dc.identifier.doi10.2514/6.2022-3992
dc.identifier.lattes4793283475197340
dc.identifier.lattes5153133418311775
dc.identifier.lattes6572970745392149
dc.identifier.orcid0000-0002-0756-5800
dc.identifier.orcid0000-0003-1074-396X
dc.identifier.orcid0000-0002-2350-4768
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11449/235580
dc.language.isoeng
dc.publisherAIAA
dc.rights.accessRightsAcesso aberto
dc.subjectEnergia eólicapt
dc.subjectAerodinâmicapt
dc.subjectFluidodinâmica computacionalpt
dc.subjectCamada limite turbulentapt
dc.titleEffect of Coriolis acceleration on the span-wise vorticity field over a wind-turbine airfoilen
dc.title.alternativeEfeito da aceleração de Coriolis no campo de vorticidade sobre uma seção de pá de turbina eólicapt
dc.typeArtigo
unesp.campusUniversidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Engenharia, São João da Boa Vistapt

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