Wind tunnel comparison of NACA 1920 vs. NACA 0018 airfoils on a vertical axis wind turbine

Abstract

Að velja rétta væng gerð á vindtúrbínu skiptir miklu máli upp á nýtni vindtúrbínunnar. Í þessari ritgerð verður gerð tilraun til þess að prófa áslæga vindtúrbínu af H-Darrieus gerð í vindgangatilraun. Vindtúrbínurnar eru með sitthvora gerðina af vængjum, annarsvegarNACA 0018 væng sem er oft notaður í litlum áslægum vindtúrbínum og hinsvegar með NACA 1920 vængjum sem nýlega voru prófaðir í tölvugreiningu. Sú tölvugreining sýndi að vængirnir virkuðu betur á lágum hornhraða (TSR), á hornhraðanum 1 reiknaðist nýtnin 56% meiri. Til þess að prófa þessa vængi voru tvær H-Darreus vindtúrbínur smíðaðar og settar í vindgöngin sem staðsett eru í Háskólanum í Reykjavík. Mælingar voru framkvæmdar á kraftinum sem þær framleiddu í mismiklu vindflæði og einnig voru gerðar mælingar á vökinni sem myndast í vindflæðinu fyrir aftan vindtúrbínuna. Niðurstöðurnar sýna mun á vökinni sem myndast fyrir aftan túrbínuna en kraftmælingar sýna ekki nógu afgerandi kraftbreytingu til þess að niðurstöðurnar séu staðfestar. Kraftamismunurinn á milli vængja var 55% og mældist túrbínan með NACA 1920 vængnum kraftmeiri. Niðurstöður frá mælingum í vökinni eru í átt við niðurstöðu tölvugreiningu sem rennir stoðum undir kenningar um að NACA 1920vængurinn henti betur á lágum hornhraða en NACA 0018 vængurinn.

Selecting an appropriate blade profile is critical to the performance of wind turbines. In this thesis, an attempt is made to experimentally assess the performance of vertical axis wind turbines of the H-Darrieus type in a wind tunnel experiment. The turbines under consideration are equipped on the one hand with a NACA 0018 airfoil, which is frequentlyused in small scale vertical axis turbines, and on the other hand with the NACA 1920 airfoil which in recent numerical work was shown to perform better at low tip speed ratios, with an increase in performance coefficient of up to 56% at tip speed ratio of 1. In order to assess the performance of the two different airfoils, two small models of the H-type turbines were built, to fit into the open-section wind tunnel at Reykjavik University. Measurements were made on the power produced at various operational conditions, as well as on the wakes behind the wind turbines. The results show some differences in wake structure between the two airfoils, but the measurements of the difference in power delivered by the turbines were not significant enough for an established results. The measured power difference is 55% in favor of NACA 1920. The bias of the measurements is though so high that it can not be confirmed. The wake measurements are in line with recent numerical work and that underpins the result from it.