Comprehensive Verification and Validation of OpenFAST for Horizontal Axis Marine Hydrokinetic Turbine Modeling

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Marine energy modelers can adopt the V&V methodology for similar codes.

🏢実務担当者:Turbine developers can use validated OpenFAST predictions for design optimization.

OpenFASTは、風力および海洋タービンのモデリングと解析のために広く利用されているレガシーツールである。本研究では、海洋水力発電タービンモデリングにおけるモデル検証と妥当性確認（V&V）の取り組みから得られた予備的知見を提示し、荷重、出力性能、および後流ダイナミクスに関するモデル予測に対するユーザーの信頼を確保することを目的とする。モデル検証には、時間ステップサイズへの依存性、ノード数およびパネル数の変更による離散化、OpenFAST内の計算手法に対する数値収束基準など、数値感度の評価が含まれる。追加の検証作業には、二次元パネル法に基づく予測と非定常レイノルズ平均ナビエ・ストークス（URANS）CFDシミュレーションとの間のコード間比較が含まれ、これは水中翼の極曲線（揚力、抗力、最小圧力、およびピッチングモーメント）に関わるものであり、OpenFASTモデル内の流体力学的荷重推定の重要な構成要素である。妥当性確認は、OpenFASTモデルの予測を公表された実験データと比較することによって実施される。このデータには、米国エネルギー省の海洋水力発電ファミリー1（MHKF1）基準海洋タービンローターの5.0メートル直径モデルの1:8.7スケール模型を用いた水槽試験から得られた測定値、ならびに英国の工学・物理科学研究評議会（EPSRC）およびSupergen洋上再生可能エネルギー（ORE）ハブによって実施された潮流タービンベンチマーキングプロジェクトのブラインド予測段階で試験された1.6 m直径タービンからの測定値が含まれる。これらのデータセットには、ローター荷重、出力性能、ブレード根元およびブレードスパンに沿ったブレード曲げモーメント、キャビテーションの可能性、および後流流れが含まれる。既存の実験は高品質の測定値を提供するものの、縮尺モデル試験設定に固有の閉塞効果または流れの閉じ込め効果に対する補正を必要とすることが多く、妥当性確認プロセスにさらなる複雑さをもたらす。これらの包括的な検証および妥当性確認戦略は、海洋水力発電タービン用途における荷重、性能特性、および後流ダイナミクスを正確に予測するOpenFASTの能力に対する信頼を高めることに資するものである。 サンディア国立研究所は、Honeywell International, Inc.の完全子会社であるNational Technology and Engineering Solutions of Sandia, LLC.によって、米国エネルギー省の国家核安全保障局のために契約DE-NA0003525の下で管理・運営されているマルチミッション研究所である。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

OpenFAST is a widely utilized legacy tool designed for wind and marine turbine modeling and analysis. This study presents preliminary findings from model verification & validation (V&V) efforts for marine hydrokinetic turbine modeling to ensure user confidence in model predictions for loads, power performance and wake dynamics. Model verification includes assessments of numerical sensitivity, such as the dependence on time-step size, discretization through variations in node and panel counts, and numerical convergence criteria for computational methods within OpenFAST. Additional verification efforts involve code-to-code comparisons between two-dimensional panel method-based predictions and unsteady Reynolds-averaged Navier Stokes (URANS) CFD simulations for hydrofoil polars (lift, drag, minimum pressure, and pitching moment), which are critical components for hydrodynamic load estimation within the OpenFAST model. Validation is conducted by comparing OpenFAST model predictions against published experimental data. This data includes measurements obtained from a water tunnel test of a 1:8.7 scale model of the 5.0-meter-diameter U.S. Department of Energy’s Marine Hydrokinetic Family 1 (MHKF1) reference marine turbine rotor, as well as measurements from a 1.6 m diameter turbine tested during the blind prediction stage of the Tidal Turbine Benchmarking Projects conducted by the UK's Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) and Supergen Offshore Renewable Energy (ORE) Hub. These dataset encompass rotor loads, power performance, blade bending moments at the blade root and along the blade span, cavitation potential, and wake flow. Although existing experiments provide high-quality measurements, they often require corrections for blockage or flow confinement effects inherent in scaled-model testing setups, introducing further complexity to the validation process. These comprehensive verification and validation strategies serve to enhance confidence in OpenFAST's capability to accurately predict loads, performance characteristics, and wake dynamics for marine hydrokinetic turbine applications. Sandia National Laboratories is a multi-mission laboratory managed and operated by National Technology and Engineering Solutions of Sandia, LLC., a wholly owned subsidiary of Honeywell International, Inc., for the U.S. Department of Energy’s National Nuclear Security Administration under contract DE-NA0003525.

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