kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2024-2(14)-43kaz44-994Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СЕТКИ ДЛЯ 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЕТРЯНОЙ ТУРБИНЫFEATURES OF BULDING A GRID FOR 3D MODELING OF A WIND TURBINEАскароваА. С.AskarovaA. S.

Алия Сандыбаевна Аскарова – профессор, доктор физико-математических наук, физико-технический факультет, кафедра теплофизики и технической физики 

 Республика Казахстан, Алматы, 050040 пр. аль-Фараби, 71 

Alya Sandybaevna Askarova – Professor, Doctor of Physics and Mathematics, Faculty of Physics and Technology,  Thermophysics and Technical Physics Department 

 050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, 71 al-Farabi Ave. 

Aliya.Askarova@kaznu.kzБолегеноваС. А.BolegenovaS. A.

Салтанат Алихановна Болегенова – профессор, доктор физико-математических наук, физико-технический факультет, кафедра теплофизики и технической физики

 Республика Казахстан, Алматы, 050040 пр. аль-Фараби, 71 

Saltanat Alihanovna Bolegenova – Professor, Doctor of Physics and Mathematics, Faculty of Physics and Technology, Thermophysics and Technical Physics Department 

 050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, 71 al-Farabi Ave. 

Saltanat.Bolegenova@kaznu.kzМаксимовВ. Ю.MaksimovV. Y.

Валерий Юрьевич Максимов – PhD, физико-технический факультет, кафедра теплофизики и технической физики 

 Республика Казахстан, Алматы, 050040 пр. аль-Фараби, 71 

Valery Yuiyvich Maximov – PhD, Faculty of Physics and Technology, Thermophysics and Technical Physics  Department 

 050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, 71 al-Farabi Ave. 

Valeriy.Maximov@kaznu.kzМедетұлыЕ.MedetulyE.

Ернар Медетұлы – магистрант, физико-технический факультет, кафедра теплофизики и технической физики 

Республика Казахстан, Алматы, 050040 пр. аль-Фараби, 71 

Ernar Medetuly – master student, Faculty of Physics andTechnology, Thermophysics and Technical Physics  Department 

 050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, 71 al-Farabi Ave. 

medetuli_ernar@mail.ruКазахский Национальный университет им. аль-ФарабиКазахстанAl-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstan20242906202412(14)347355Copyright © Аскарова А.С., Болегенова С.А., Максимов В.Ю., Медетұлы Е., 20242024Аскарова А.С., Болегенова С.А., Максимов В.Ю., Медетұлы Е.Askarova A.S., Bolegenova S.A., Maksimov V.Y., Medetuly E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/994

В статье рассматривается задача о построении сетки для 3D моделировании ветряной турбины нестационарным потоком воздуха. Для решения задачи строится две сетки: первая из вращающейся части, вторая из не вращающейся части. Следовательно, для построения сетки используются утилиты blockMesh, snappyHexMesh, transformPoint, reconstructParMesh, mergeMeshes, changeDictionary в составе пакета OpenFOAM. Определяется решение основных проблем при построениях сетки: первая это комбинация статической и движущейся сетки, вторая ось вращения не параллельна ни одной из основных осей (этот факт усложняет зацепление с помощью snappyHexMesh и оценку крутящего момента).В результате полученных данных из построенных сеток стационарная часть охватывает большой объем пространства и имеет высокое разрешение. Например, сетка стационарной части построенная с blockMesh состоит из 6 750 000 ячеек, суммарное число сторон сетки равно 20 385 000, из которых 20 115 000 являются внутренними гранями, а остальные границами сетки. Данные вращающейся части показывают, что замкнутая сетка состоит из 2 965 671 ячеек, 9 447 062 граней и 3 623 151 точек. Следовательно, вращающаяся часть адаптируется к геометрии и динамике лопастей турбины. Исходя из данных полученных построенных сеток анализируется качество и разрешение сетки. Показано, что полученная сетка имеет достаточную точность и адаптивность для моделирования турбулентных потоков вокруг ветряной турбины.

The article deals with the problem of constructing a grid for 3D modeling of a wind turbine by a nonstationary air flow. To solve the problem, two grids are constructed: the first from the rotating part, the second from the non-rotating part. Consequently, blockMesh, snappyHexMesh, TransformPoint, reconstructParMesh, mergeMeshes, changeDictionary utilities are used to build the grid as part of the OpenFOAM package. The solution of the main problems in the construction of the grid is determined: the first is a combination of static and moving grid, the second axis of rotation is not parallel to any of the main axes (this fact complicates the engagement with the help of snappyHexMesh and torque estimation).As a result of the data obtained from the constructed grids, the stationary part covers a large amount of space and has a high resolution. For example, the grid of the stationary part constructed with blockMesh consists of 6,750,000 cells, the total number of sides of the grid is 20,385,000, of which 20,115,000 are internal faces, and the rest are the boundaries of the grid. The data of the rotating part shows that the closed grid consists of 2,965,671 cells, 9,447,062 faces and 3,623,151 points. Consequently, the rotating part adapts to the geometry and dynamics of the turbine blades. Based on the data obtained from the constructed grids, the quality and resolution of the grid are analyzed. It is shown that the resulting grid has sufficient accuracy and adaptability to simulate turbulent flows around a wind turbine.

сеткарешательветряная турбинаутилитыалгоритмgridsolverwind turbineutilitiesalgorithmReferencesChristopher J. Greenshields, «CFD Direct Ltd. User Guide» version 5.0. https://doc.cfd.direct/openfoam/user-guide-v11/index (2017).Christopher J. Greenshields, «CFD Direct Ltd. User Guide» version 5.0. https://doc.cfd.direct/openfoam/user-guide-v11/index (2017).Greenshields, C. «Openfoam — 2.2.0: snappyhexmesh _ feature snapping». https://openfoam.org/release/2-2-0/snappyhexmesh-features-layers-baffles/ (2013).Greenshields, C. «Openfoam — 2.2.0: snappyhexmesh _ feature snapping». https://openfoam.org/release/2-2-0/snappyhexmesh-features-layers-baffles/ (2013).Greenshields C. «Openfoam – 2.3.0: Arbitrary mesh interface». https://openfoam.org/release/2-3-0/non-conforming-ami/ (2014).Greenshields C. «Openfoam – 2.3.0: Arbitrary mesh interface». https://openfoam.org/release/2-3-0/non-conforming-ami/ (2014).Hoem M.E., Jun. «Implentation and testing of an actuator disk in openfoam». Project work, The Norwegian University of Science and Technology. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-22196-6_48 (2017).Hoem M.E., Jun. «Implentation and testing of an actuator disk in openfoam». Project work, The Norwegian University of Science and Technology. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-22196-6_48 (2017).Holzmann, T., «Mathematics, Numerics, Derivations and OpenFOAM», 4th Edition. Holzmann CFD. https://www.academia.edu/37043744/MATHEMATICS_NUMERICS_DERIVATIONS_AND_OPENFOAM (2016).Holzmann, T., «Mathematics, Numerics, Derivations and OpenFOAM», 4th Edition. Holzmann CFD. https://www.academia.edu/37043744/MATHEMATICS_NUMERICS_DERIVATIONS_AND_OPENFOAM (2016).Lloyd C. Sampling for graphs in parallel for ami case. https://dl.acm.org/doi/10.1145/2514.2515 (2017).Lloyd C. Sampling for graphs in parallel for ami case. https://dl.acm.org/doi/10.1145/2514.2515 (2017).Stergiannis N. Cfd moddeling approaches against single wind turbine wake measurements using rans / N. Stergiannis, C. Lacor, J.V. Beeck, R. Donnelly // Journal of Physics: Conference Series 753. http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.24976.81928 (2016).Stergiannis N. Cfd moddeling approaches against single wind turbine wake measurements using rans / N. Stergiannis, C. Lacor, J.V. Beeck, R. Donnelly // Journal of Physics: Conference Series 753. http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.24976.81928 (2016).Stergiannis N. Full hawt rotor cfd simulations using different rans turbulence models compared with actuator disk and experimental measurements / N. Stergiannis, J. van Beeck, M.C. Runacres // Wind Energy Science Discussions. Р. 1-20. http://dx.doi.org/10.5194/wes-2017-6 (2017).Stergiannis N. Full hawt rotor cfd simulations using different rans turbulence models compared with actuator disk and experimental measurements / N. Stergiannis, J. van Beeck, M.C. Runacres // Wind Energy Science Discussions. Р. 1-20. http://dx.doi.org/10.5194/wes-2017-6 (2017).Modelling of wind turbine wake with a sliding mesh / J. van der Auweraert // Master’s thesis, Delft University of Technology. http://dx.doi.org/10.1002/we.2821 (2015).Modelling of wind turbine wake with a sliding mesh / J. van der Auweraert // Master’s thesis, Delft University of Technology. http://dx.doi.org/10.1002/we.2821 (2015).Christopher J. Greenshields, «CFD Direct Ltd. User Guide version 5.0». https://doc.cfd.direct/openfoam/user-guide-v11/index (2017).Christopher J. Greenshields, «CFD Direct Ltd. User Guide version 5.0». https://doc.cfd.direct/openfoam/user-guide-v11/index (2017).Bartl J. Blind test comparison of the perfomance and wake flow between two in-line wind turbines exposed to different turbulent inflow conditions / J. Bartl, L. Scetran // Wind Energy Science 2. – Р. 55-76 http://dx.doi.org/10.5194/wes-2-55-2017 (2017).Bartl J. Blind test comparison of the perfomance and wake flow between two in-line wind turbines exposed to different turbulent inflow conditions / J. Bartl, L. Scetran // Wind Energy Science 2. – Р. 55-76 http://dx.doi.org/10.5194/wes-2-55-2017 (2017).Barthl J., Sætran L., Invitation to the 2015 «Blind Test 4» Workshop Combined power of two inline turbines at different inflow conditions. Research Gate. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1749.2004 (2015).Barthl J., Sætran L., Invitation to the 2015 «Blind Test 4» Workshop Combined power of two inline turbines at different inflow conditions. Research Gate. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1749.2004 (2015).Numerical simulations on static Vertical Axis Wind Turbine blade icing // R. Manatbayev et al // Renewable Energy. 2021. – № 170. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2021.02.023.Numerical simulations on static Vertical Axis Wind Turbine blade icing // R. Manatbayev et al // Renewable Energy. 2021. – № 170. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2021.02.023.Zhang Y. Assessment of Applicability of Auto-Generated Grid in Large Eddy Simulation of Flow Around a Cylinder / Y. Zhang et al // Journal of Tongji University. – 2023. № 51(4). Р. 542-550. http://dx.doi.org/10.11908/j.issn.0253-374x.21518.Zhang Y. Assessment of Applicability of Auto-Generated Grid in Large Eddy Simulation of Flow Around a Cylinder / Y. Zhang et al // Journal of Tongji University. – 2023. № 51(4). Р. 542-550. http://dx.doi.org/10.11908/j.issn.0253-374x.21518.Venugopalan S.G.R. A Parallel Implementation of blockMesh for Quick Generation of Huge Meshes / S.G.R. Venugopalan, D. Chandar, H. Gopalan // Conference: ESI OpenFOAM User Conference, https://www.researchgate.net/publication/328577387_A_Parallel_Implementation_of_blockMesh_for_Quick_Generation_of_Huge_Meshes.Venugopalan S.G.R. A Parallel Implementation of blockMesh for Quick Generation of Huge Meshes / S.G.R. Venugopalan, D. Chandar, H. Gopalan // Conference: ESI OpenFOAM User Conference, https://www.researchgate.net/publication/328577387_A_Parallel_Implementation_of_blockMesh_for_Quick_Generation_of_Huge_Meshes.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.