Geri Dön

Unsteady wind farm simulations and short-term power forecasting using actuator disk model in OpenFOAM coupled with WRF

WRF ile akuple OpenFOAM'da aktüatör disk modeli kullanılarak daimi olmayan rüzgar çiftliği simülasyonları ve kısa süreli güç tahmini

PDF İndir

  1. Tez No: 831957
  2. Yazar: HÜSEYİN CAN ÖNEL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL HAKKI TUNCER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Energy, Aeronautical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 197

Özet

Bu çalışmada, Hava Araştırması ve Tahmini (WRF) ile elde edilen meso-ölçekli atmosferik akış simülasyonlarını OpenFOAM kullanılarak yapılan mikro-ölçekli Navier-Stokes simülasyonlarıyla akuple etmek için bir sayısal sistem geliştirilmiştir. İlk olarak, istenen zaman dilimi için Global Tahmin Sistemi (GFS) meteorolojik girdi verileri kullanılarak ilgili arazi üzerinde zamana bağlı ve kafeslenmiş bir WRF çözümü elde edilmiştir. Hız alanı, WRF çözümünün en içteki kafesinden bir zaman serisi olarak çıkarılmış ve zamana bağlı akış simülasyonunda OpenFOAM çözüm alanının sınır koşulları olarak kullanılmıştır. Karmaşık topografyaları doğru bir şekilde temsil etmek için, araziye uyan yüksek çözünürlüklü bir hesaplama ağı kullanılmıştır. Arazi üzerinde yüksek çözünürlüklü bir rüzgar alanı sağlayan mikro-ölçekli akış çözümü, sıkıştırılamaz ve zamana bağlı Reynolds-Ortalamalı Navier Stokes (URANS) çözücüsü olan pimpleFoam ile elde edilmiştir. Hesaplanan zamana bağlı rüzgar hızı ve yönü, Colorado, ABD'de bulunan NREL Flatirons Kampüsü'ndeki ölçümler ile doğrulanmıştır. Öncelikle, geliştirilen sistemin atmosferik sınır tabakasında yere yakın rüzgarları doğru bir şekilde yakaladığı ve simülasyon alanına yerleştirilecek türbin modelleriyle yapılacak kısa vadeli güç tahminleri için temel oluşturduğu gösterilmiştir. Döner aktüatör disk modeline otomatik kanat açısı, rotor hızı ve sapma kontrolcüleri entegre edilmiş ve değişken rüzgar alanlarındaki türbinleri simüle etmek için kullanılmıştır. Türbin modeli parametreleri kalibre edilip doğrulandıktan sonra, geliştirilen metodoloji Fransa'daki La Haute Borne rüzgar çiftliğine uygulanmıştır. Son olarak, türbin modelleri ile birlikte rüzgar çiftliği üzerindeki akuple akış çözümlerinin, türbinler arası izbölgesi etkileşimlerini ve buna bağlı güç kayıplarını başarılı bir şekilde yakaladığı gösterilmiştir. Geliştirilen sistem, rüzgar çiftlikleri için yüksek doğrulukta rüzgar alanı çözümleri ve kısa vadeli güç tahminleri sağlamaktadır.

Özet (Çeviri)

In this study, a numerical framework is developed for coupling mesoscale atmospheric flow simulations with Weather Research and Forecasting (WRF) to microscale Navier-Stokes simulations using OpenFOAM. First, an unsteady, nested WRF solution over the terrain of interest is obtained, utilizing Global Forecast System (GFS) meteorological input data for the desired time frame. The velocity field from the innermost nest of the WRF solution is extracted as a time series. These velocity data are then utilized as inflow boundary conditions at the outer boundaries of the OpenFOAM solution domain during the unsteady flow simulation. To accurately represent complex terrain topographies, a high-resolution computational grid that conforms to the terrain is employed. The microscale flow field is obtained using the incompressible unsteady Reynolds-Averaged Navier Stokes (URANS) solver, pimpleFoam, which provides a high-resolution wind field. The unsteady wind speed and the direction computed are validated against the field measurement data at the Flatirons Campus of NREL in Colorado, USA. It is first shown that the framework accurately captures near-ground wind fields within the atmospheric boundary layer, and forms the foundation for short-term wind power forecasting by means of wind turbine models to be placed into the simulation domain. Automatic blade pitch, rotor speed and yaw controllers are integrated into the rotating actuator disk model, which is used to simulate the wind turbines within time-varying wind fields. Once the turbine model parameters are calibrated and validated, the methodology developed is applied to the La Haute Borne wind farm in France. It is finally shown that the coupled flow solutions over the wind farm together with the wind turbine models capture wake interactions between the wind turbines and the resulting power losses successfully. The developed framework provides high-fidelity wind fields and short-term power forecasts for wind farms.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    472917

    Validation of current wake models for onshore wind farm

    Günümüz rüzgar çıkması modellerinin rüzgar santralinde doğrulanması

    TOLGA KARA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Enerjiİstanbul Bilgi Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KERİM MEHMET MURAT TUNÇ

  2. Tez No

    763383

    Hysterical effects in flow characteristics in the wake region of group of cylinders during the passage of gradually varying unsteady flow

    Tedrici değişken akım koşullarında silindir iz bölgesindeki akım ve türbülans karakteristiklerinde histerik etkiler

    ERYILMAZ ERDOG

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ORAL YAĞCI

  3. Tez No

    676345

    Derin öğrenme kullanılarak Bilecik ili rüzgar hızı tahmini

    Wind speed forecast in Bilecik province using deep learning

    BERKAY ÖZKAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİM CEYHAN

  4. Tez No

    421230

    ASCE 7-10, Eurocode 1-4 ve TS 498 yönetmelikleri kullanılarak yapılara etki eden rüzgar yüklerinin karşılaştırılması

    A comparison of wind loads acting on structures by means of using ASCE 7-10, Eurocode 1-4 and TS 498

    CEM ÖZLEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CAVİDAN YORGUN

  5. Tez No

    10587

    Pressure measurements directed to wall adaptation for two-dimensional unsteady flows

    İki boyutlu zamanla değişen akımlarda duvar uyarlamasına yönelik basınç ölçümleri

    SARTUK KARASOY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1990

    Uçak MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET Ş. KAVSAOĞLU

Geri Dön