Create an automated structured mesh generation method for rotor blades using exclusively open source software

Abstract

The generation of high-quality CFD meshed wings for wind energy turbines currently requires either a very laborious process of building each wing by hand or requires the purchase of very expensive software. With university budgets and the advantages of open-source in mind, an open-source solution is desirable. The following thesis tackles this problem via a grid generation code in Python with Gmsh and extrusion via Pyhyp. However, designing software that has all of the features of commercial software with open source software leads to situations in which the intended way of usage is not the best way for the given task. An example of another open-source approach is the MACH-AERO framework which is an aerodynamic shape optimization tool that creates a grid along the way and extrudes it. However, this does not cover the intended usage of openblademesh for purely structured grid generation for predefined wings. Here we show one way to achieve an open-source solution with Gmsh and Pyhyp. All the necessary software, the versions needed, and installation instructions are described. Also how the wing generation process is achieved with special concentration on the wing-tip is part of the following thesis. The thesis also describes how to use the presented software Openblademesh and how to achieve the best results. The tool uses various automatisms to take the workload off of the user and helps to achieve the best mesh. Finally, the advantages and limitations of the tool are assessed and future extensions are described.

Die Erstellung von qualitativ hochwertigen CFD-vernetzten Flügeln für Windenergieanlagen ist derzeit entweder ein sehr aufwändiger Prozess, bei dem jeder Flügel von Hand gebaut wird, oder durch sehr teure software ermöglicht wird. Mit Blick auf die Universitätsbudgets ist eine Open-Source-Lösung wünschenswert. In der folgenden Arbeit wird dieses Problem durch einen Gittergenerierungscode in Python mit Gmsh und Extrusion über Pyhyp angegangen. Die Entwicklung einer Software, die alle Eigenschaften kommerzieller Software besitzt, mit Open-Source-Software führt jedoch zu Situationen, in denen die vorhergesehene Code Struktur der Open-source-Software nicht die beste für die gegebene Aufgabe ist. Ein Beispiel für einen anderen Open-Source Ansatz ist das MACH-AERO-Framework, ein Werkzeug zur aerodynamischen Formoptimierung von Flügeln generell, das unter anderem auch ein Gitter erstellt und dieses extrudiert. Dies deckt jedoch nicht die beabsichtigte Nutzung von Openblademesh zur rein strukturierten Gittergenerierung für vordefinierte Tragflächen ab. Hier wird ein Weg gezeigt, wie man eine Open-Source-Lösung mit Gmsh und Pyhyp erreichen kann. Es werden die benötigte Software, die benötigten Versionen und die Installationsanweisungen beschrieben. Auch wie der Prozess der Flügelgenerierung mit besonderem Augenmerk auf die Flügelspitze erreicht wird, ist Teil der folgenden Arbeit. In der Thesis wird auch beschrieben, wie man die vorgestellte Software Openblademesh benutzt und wie man die besten Ergebnisse erzielt. Das Tool verwendet einige Automatismen, um den Benutzer zu entlasten und hilft, das beste Netz zu erzielen. Obwohl es gelungen ist, ein quelloffenes Werkzeug zur Gittergenerierung zu entwickeln, gibt es noch Probleme, die in Zukunft behoben werden müssen. Abschließend werden die Vorteile und Grenzen des Tools im Vergleich zu kommerzieller Software bewertet.