Numerische Untersuchung aerodynamischer und aeroelastischer Wechselwirkungen und deren Einfluss auf tieffrequente Emissionen von Windkraftanlagen

Im hörbaren Frequenzbereich sind die Mechanismen der Schallentstehung an Windkraftanlagen weitestgehend bekannt und Modelle zur deren Vorhersage werden kontinuierlich weiterentwickelt. Deutlich weniger Beachtung erfährt die Emission von Luftschall beziehungsweise Erschütterungen im Frequenzbereich deutlich unterhalb der Hörschwelle des Menschen. Hier greift die vorliegende Arbeit an. Gegenstand ist die detaillierte Untersuchung der Quellen und Mechanismen tieffrequenter Emissionen von Windkraftanlagen. Als Werkzeug dient eine Prozesskette aus gekoppelter Strömungs- und Struktursimulation, die im Zuge dieser Arbeit entwickelt wurde. Die Kopplung des URANS-Lösers FLOWer mit dem MKS-Löser SIMPACK ermöglicht dabei einerseits eine detaillierte Berechnung der Umströmung und andererseits die Berücksichtigung der Strukturverformung aufgrund aerodynamischer und strukturmechanischer Lasten. Im Rahmen der Arbeit wurden Studien an einer generischen 5MW Windkraftanlage durchgeführt, wobei die Komplexität der Simulationen schrittweise erhöht wurde, um den Einfluss bestimmter Effekte zu untersuchen. Zur Beurteilung des Einflusses auf die tieffrequenten Emissionen dienen einerseits die Turmfußlasten, die als Quelle von seismischen Emission angesehen werden, und andererseits der Schalldruck an Beobachtern in einem Abstand von 1000m zur Windkraftanlage. Die Ausbreitung des Luftschalls von den Oberflächen der Anlage zu den Beobachtern wurde dabei mit einem Ffowcs Williams-Hawkings Löser berechnet.