Windturbinen sind hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt. Die genaue Berechnung dieser Lasten spielt eine zentrale Rolle für die Auslegung der Bauelemente von Windenergieanlagen. Schwankende Lasten entstehen durch das Zusammenspiel von aerodynamischen Kräften und der elastischen Struktur. Um diese Belastungen genau zu betrachten, werden spezielle Methoden eingesetzt, wie CFD (Computational Fluid Dynamics) und FEM (Finite Element Method). Die Fluid-Struktur-Kopplung lässt sich auch anhand von analytischen Modellen (engl. „Engineering Models“) sowohl für das aerodynamische als auch für das strukturelle Verhalten der Anlage untersuchen. Analytische Modelle spielen bedingt durch günstige und ressourcenschonende numerische Implementierung eine entscheidende Rolle beim aeroelastischen und aerodynamischen Entwurf einer Windenergieanlage.
Das Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik der Leibniz Universität Hannover (TFD) begleitet die ersten Entwicklungsschritte von Windenergieanlagen mit BEM (Blade Element Momentum Theory)-Methoden, Dynamic Stall-Modellen und turbulenten Windsimulatoren, die im eigenen Hause entwickelt werden.
Simulationen mit CFD ermöglichen darüber hinaus eine genaue aerodynamische Modellierung von Windenergieanlagen. Turbulente Simulationen von Windturbinen werden eingesetzt, um strukturelle Belastungen zu berechnen und um instationäre aerodynamische Phänomene wie Rotor-Tragstruktur-Wechselwirkungen, Nachlaufdynamik und dynamische Ablösung zu berechnen. Mit Hilfe von verschiedenen CFD-Solvern sowie Hoch- und Höchstleistungsrechnern führt das Institut ein breites Spektrum von wissenschaftlichen Untersuchungen durch.
