Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   12 ,  No.   1 M a r 202 1 , p p.  4 13 ~ 4 2 0   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v12.i 1 . pp 4 1 3 - 4 2 0          413       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Modeli ng and  si mulatio n of for ces applie d to the  horiz on t al a xis  wind tu rbine  rot ors by the  vortex  metho d couple d with the  metho d of the  blade  element       Ibt issem  B arkat 1 A bdelo uahab  Benrete m 2 Fa w az Ma ss ou h 3 Iss am M eghlaoui 4 ,  Ahl em   Che bel 5   1,2,4,5 La bora tory,   El e ct rom ec h ani c al   Engi ne eri ng ,   Badj i - Mok htar - Annaba   Unive rsity,   Annab a ,   Alg eri a   3 La bora tory  Dyn Fluid,   Arts  et Mét i ers  ParisTech, 151  Th Bou le v ard   Hos pit a l, Par is,  Franc e       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   26 , 20 20   Re vised  Jan  14 , 2021   Accepte Fe b   4 , 2 0 21       Thi ar ti c le  a ims   to  study   the  fo rce appl i ed  to  t he  rotors   of  hor i zont a axi wind  turb ine s.   The  a ero dynami cs  of   a   tur bine  are  con trol l ed   b th flow  aro und  th ro tor,  or  esti m at e   of   a ir  ch arg es   on  th e   rotor   bla d es  un der   va rious   oper ating  cond itions   and  th ei r e la ti on   to  the   stru ct ura dyna mi cs  of  the   ro tor   are   cr it i cal  for   design.   One  of  the   m aj or  c hal l enge in  w ind  turbi n ae rodyna mi cs  is  to  pre d ic t   the  forc es  on  the   bla de  as  var iou me t hods inc ludi ng   b la de   e le m ent  moment   the ory   (B E M),  th e   appr oa ch  tha t   is   nat ura ll y   ad apt e to   th si mul a tion  of   the  ae rody nam i cs  of   wind   t urbine and   the   dyn amic   and   models  (CFD t hat   d esc rib es  wi th  fid el i ty   the  fl ow  aro un d   the   ro tor.  In   our   art i cl e   we   propo sed  a   mod el ing   me thod   and   a   si mul ation  of   the  forc es  appl i ed  to   the  hor izontal  ax is  wind   rotors   turb ine s   using   th e   appl i ca t ion  of  th bl ade   eleme n t me thod  to  mo del   th ro tor  an the  vorte me thod   of  fre e   wake   mode l ing  i orde r   to   dev elop  a   rotor   mod e l ,   whi ch  ca n   be  used  to  stu dy  wind  far ms.   Thi model  is   int end ed  to  sp ee up  the   ca l cul a ti on ,   gu a ran teeing   a   goo rep r ese nt at ion   of   the  ae rodyn am i loa ds   exe rt ed  by   the w ind.   Ke yw or d s :   Fo r ces  on the  bl ade    M et ho d of  t he blade ele ment   M odel in   Vortex  meth od    Win d powe   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Ba rk at   Ib ti sse m   Lab or at or y: El ect ro mec ha nical  Enginee rin g   Ba dji - Mo kh ta r - A nnaba  Unive rsity, 2 3000, A lgeria   Emai l:   bess ouma2 007@h ot mail .co m       1.   INTROD U CTION   Use  of  wind   en ergy   as  a   s ourc of   re new a ble   ene r gy  was  c onside rab l e xp and e in   the   20th   cent ury,   with  the g r owing  pe netrati on o wind  e nerg gen e rati on  int po wer  grids [1 ] [ 2].  La nch e ste was  t he  pr i mar pr e dicte of a perfect wi nd’s g reatest  p owe [ 3]. One of  the  far em os vital  ch al le nges w it hin  the ae rod ynamic of   wind  t urbin es  is  to  pr e dic pr eci sel the   forces  on  the  blade,  w hich   a re  m od el e by  var i ous  a pp roaches   with  va r ying  degrees  of   c omplexit an pr eci sio n,  incl ud i ng   t he  met hod  of   t he  blade  el eme nt  th vortex   model  a nd  a ppro ac hing   the   N avier - Sto kes   e qu at io ns  us in CFD To da y,  BE M - base eng i neer i ng  m od el   is   commo nly  us e to   a nalyze  t he   aer odynamic   p e rformance   of  wind  t urb ine  w he re  it   re li es  on  norm al   an un i form  flo hypothesis  a nd   on  aer odyna mic  charges  a ct ing   on   a ac tuati ng   dr i ve  r at her   tha on  finite   numb e of   bla des  [4].   Ha ns e n ,   et   al .,   [ 5]   show  t hat  the  acc ur ac of   t he  B EM  unde nor mal  lo ad   co ndit ion is   reasona ble  if  s uffici ent  aer od yn a mic  pro file   data  is  gi ven.  The   met hod  of  the  bla de  el e ment  is  def ine as  th e   impro ved   mod el   of   the  Ra nkine - Froude  dyna mics  theo r [ 6 ] [ 7],  an tha was  the  fi rs  model  to  pre dict  the   influx  r otor  s pe ed  w he r it   is  assu med  t ha the  ro t or   ca be  re placed  with  unif orml cha r ged   dis k.   CF method  is  to  re so lve  t he  dif fe ren ti al   eq uatio ns   of  fl uid   me chan ic s Na vie r - St ok e eq uations   or  sim plific at ion   as  the   E uler   e qu at io ns,  pote ntial pote ntial   li near iz e a nd   RA NS ,   by  al gorith ms  a nd  nume rical   meth od s   [8].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   41 3     4 20   414   Com pr e hensi ve   re view   is   pr esented   in   Sa nd e rse ,   et   al . ,   [ 9]  on  th use   of  CF c odes   f or  wind  tur bin e   cal culat ion s.   T he  a nalytic al   te chn i qu e a re  e asi ly  de fine a ccordin t t he   tur bule nce   m odel ing  met hod  us e d,   wh ic is  of  pa rtic ular  sig nifi cance  f or   t he  modell ing   of   wind  tu rb i ne  wak e s.  T he  v o r t e x   m e t h o d s   a r e   a n o t h e r   a p p r o a c h ,   w h i c h   i s   m o r e   r e l i a b l e   t h a n   t h e   t h e o r y   o f   m o m e n t u m ,   a n d   l e s s   e x p e n s i v e   t h a n   C F D .   M e t h o d s   b a s e d   o n   v o r t i c i t y   h a v e   v a r i o u s   f o r m u l a t i o n s ,   f r o m   b a s i c   a n a l y t i c a l   m o d e l s   t o   m o r e   c o m p l e x   n u m e r i c a l   m e t h o d s   [ 10 ].   T he  vortex  t he ory  c an  al so be  u se d t est imat e the  aerod yn a mic e ff ic ie nc y of   wi nd turbin es,  ba sed on t he p otentia flo w,   non - viscou s The   ad va ntage   of  t he  method   is  that   it   re du ce the   co mp le xity  of  the   fl ow  a nd  it   ha s   gen e rall been  us ed  f or   ai r fiel an ai rcr a f aerodynamic   analysis.  Des pite  no bein able  to  pre dict  the   visco us   phen ome na  s uc as  separ at io a nd   boun dary  la ye r,   dr a g,   it c ombinati on  with  aer odyna mic  pro file   data  act ually   ta bu la te d   powerfu meth od  for  pr e dicti ng   the  fluid  flo w M et hods  of  f ree  vortex  wa ke   ha ve   dev el op e as  r obus t,  flexible  too ls  f or   mode li ng   the  aer odynamic   loa ds   [ 11] Y u,   et   al .,  [ 12]  de velo pe fr ee   wak e   meth od  t hat  us es   a   vortex   rin m odel   with   semi - in fin it c ylin dr ic al   vorte tu be  wh e re   nea r   wa ke   i s   simpli fied  in  t series  of  vortex   rin gs  a nd  the  far  wa ke  with  se mi - infi nite  cyl indric al   vorte tub e s.  Branlar an Gaunaa   [ 13]   dev el op ed   a ppro ac bas ed   on  the   us e   of   vo rtex - base met hods  incl ud i ng  cylindri cal   a n helic al   wa ke  models  t stu dy  t he   unsta ble   eff ect s   of   ya w,  s hear  a nd  tu rbul ent  flo ws.  A no t her   work  of  Vaal   [14]  pr ese nted   an   ae rod yn a m ic   model   that  com bin e K utta J oukows ki  t heor with   the   bla de   el ement  model wh ic pre dict  the   bla de   ch arg es   acc ur at e ly  an d   e f f e c t i v e l y   u s i n g   t h e   t i m e - e v o l u t i o n   o f   t h e   i n d u c e d   s p e e d s .   R e c e n t   w o r k   b y   J i n g   D o n g ,   e t   a l .,   [ 1 5 ]   s u g g e s t e d   a   m o d i f i e d   m e t h o d   o f   f r e e - w a k e   v o r t e x   r i n g s   t reso l ve  the  ae rod yn a mic  loa ar ound  wind   tur bin es  with   horizo ntal  axis,  on   fixe and  floati ng   su pp or t   structu res.   In  t his wo rk, we pro pose an  a erod yn a mic m od el   w hich  al l ow s  to q uickly si mu la te  the  flow   of a  wind   tur bin e w it ho rizo ntal  axis.   T his  m odel   ma ke it   possible  t pr eci sel determine   an c al culat the posit ion  of   the  vortic es  an the  in du c ed  r adial   and   a xial  sp eed at   any   po i nt  in  the  wa ke.   fr ee  wa ke   vortex  met hod  has   been  im pleme nted   co uple with  t he  blad el ements   m et hod  w hich   a ll ow us  to   quic kly  determi ne  t he   aerod yn a mic l oads .       2.   PRESENT AT ION   OF T HE  MO DEL   Durin operati on  of  a   wind,  t he  helic al   wa ke   is  f ormed   be hind  a   r otor,  t he  la tt er  w hich   is  m od el e with  series  of  vorte rin gs   [ 16 ] - [ 18].   F or   t he  m od el in of  the  wi nd   t urb ine  ro t or,  one  can  us t he  the ory  of   blade  el e ment  wh ic c onsist the b la de divi de int se ver al   par ts.     2.1.    Model ing  of the w ak e     The   wa ke   is  modele by   series  of  vorte rin gs  Fi gu re   1,  rea dy  to   move  a xiall and  to   wide rad ia ll y,   a ble  t interact   with   the  impact   of  the  spe ed  fiel in duced  i t he  w ake I ncr e ased  passa ge  of  the   blade   re fer s   to  the  se par at io of  the  i ntensity   of  the   vo rtex  r ing   a nd  t he  radi us   R,   w hich   is  pro portio nal  t th e   axial  for ce  app li ed  to th e r otor.         (a)     (b)     Figure  1. ( a ) Win d wak e  v is ualiz at ion   [19 ],   ( b)   re pr ese ntati on   of  the  h el ic al  track b y vort ex rin gs       1.2.    Velocity i n duc ed by  a vo r tex  ring    The  velocit il in du ce with   the  vorte rin gs   is  dete r mine te us i ng   t he  la of  Bi ot - Sava rt.  Fig ur e   sh ows  g e om et r y of v or te x rin gs   w i t h   a   r a d i u s   R ,   l o c a t e d   i n   p l a n e   x y .   T h e   i n d u c e d   v e l o c i t y   i s   c a l c u l a t e d   a s   ( 1 ) :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Mo deling a nd  simu l ation of f or ces  applied  to  the  horiz on t al  a xi s wi nd tu r bin ro t or by  …  ( I btissem  B ar k at )   415   3 4 r r dv i =   (1)     Γ   is t he  inte ns it of t he vorte x seg ment .   M odel in t he  vortex   rin gs   by  la w   Bi ot - Sa var i nvolv es   s ingulari ti es  wit hin   t he  vortex   cor es s the   ob ta ine so l ution   is sin gula if  t he  a nalysis  po i nt  f al ls  on  the  ring,  to   av oid  sing ular  be ha vior,  a   regulariz at io par a mete δ  is   intr oduce d .   Figure  3   de picts   the   a xial  vel oc it induce with  a nd  with ou t he   regularisat io n para mete r .           Figure  2. Ge ome try  of  the   vortex rin in  the  p la ne  xy       Figure  3.   A xial velocit y i nd uc ed wit a nd w i thout  the r e gula risat ion pa ramete r       ( ) 2 3 2 2 4 + = r r dv i     ( 2)     Additi on al l y,   the  preci se  res ol ution   is  voic e with  t he  el li ptica integrals   of   fi rst   an se cond  kind   at   any  po i nt  in   th flu fiel [ 20 ]   T hu s t he  ra dial  an axial   par ts   of  t he  i nduce vel ocity   are   ex presse in   the   fo ll owin (3) ( 4)   V z   Vr   f or th e ring  vortex  wi th the radi us  R  and als the  in te ns it y Г .     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) + + + + + + + + = s E r R z z r R s K r R z z r z r v r 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 . ,   (3)     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) + + + + + + + + = s E r R z z r R s K r R z r z r v z 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ,   (4)     W he re t he  el li ptic i nteg rals  K( s a nd E (s) c omplet e first a nd sec ond  kind   in  par a mete r S   ( 5) :     ( ) 2 2 4 + + = r R Z rR     (5)     The  a xial  locat ion   of  the   vort ex  ri n in   the  f r e e  w a k e   i s   c a l c u l a t e d  w i t h   t h e  a d d i t i o n  o f   a  w i n d   s p e e d   0 t h e   s e l f - i n d u c e d   v e l o c i t y   a n d   m u t u a l l y   i n d u c e d   v e l o c i t i e s   o f   c o n t r o l   p o i n t ,   a s   s u g g e s t e d   b y   H e e m s t ,   et  al .,   (6)  [21 ].     a u t j i zi a v v  u   v + + = = 1 0   (6)     Self - in duced   ve locit is  de fined  at   the   po i nt  sit uated   in   the  vortex   ri ng  for  ra diu s   an ra diu s   cor e   , acc ordin to  the  ( 7) ,  as  su ggest e d by L ewis [2 2 ].     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   41 3     4 20   416   = 4 1 8 l o g 4 c a u t i r R R     v   (7)       The radial   velo ci ty of th e  vo rtex rin is  deter mined i a  c ontrol  po i nt to  t he  p e rip hery  of the  vortex   rin g by ad ding  al l m utu al ly  in du ce velocit ie s (8) .     a u t i j i ri r v v v = = 1   (8)     F rom   Fig ur e   We   see  t hat  the  vortex   ri ng s w hich   are   f or med  rig ht  be hin the   r otor,  a r locat ed   i an  a rea  of  high  rad ia veloci ty,  w hich  ca use their   dia mete to   inc rease   rap i dly   w hen  away  f r om   t he   r otor.   Su c h   ra dial  ve locit ie s,  meas ured  by  th co ntr ol  point  at   the  ed ge  of  th vorte ri ng,  are  re duced   to   zer o.   Figure   dem onstrat t he   axi al   velo ci ty  as   f unct ion  of  t he  distance   z   of  the   r otor   pl ane  on  t he   ed ge   of   the  rin gs It  is  re m ark a ble  that  th vortex  rin beh i nd   t he  r ot or   tra vels  init ia ll more  slo w ly  than  t ho s locat ed  furthe a way f r om  t he rot or   pl ane .           Figure  4. Distri bu ti on  of r a dia l velocit y o th e vorte rin al on the   wak e       Figure  5. Distri bu ti on  of a xial velocit y al ong  the  wak e       2.3.    Model ing  of the bla des    The  aer odyna mic  modeli ng  of   t he  bla de  is  of   gr eat   im portance  in  t he  desig of   the  wind  r otors,   because   very  detai le cal cul at ion ha ve  to   be  ca rr ie out  in  orde to   deter mine  t he   dif fer e nt  ess entia dimensi ons  of   the   blade.  Us the   blade   el ement  meth od  t deter mine   th f or ce   a ppli ed  t the   r otor  blade ,   Figure   6   il lustr at e   the  sp ee tr ia ng le   of  blade   el ement .   In  thi ap proac h,  the   bla de  is   div id ed  i nto  se gm e nt of   k,   or   e ach  is  a ssu me t be  ind e pende nt  of   the  ot her s .   F or  each   sect ion   the  in du ce ve locit is  eval uate axial ly a nd tan gen ti al ly  by th e vorte s ys te m,  as  sho wn by  Karpatne ,   et   al .,   [ 23].             Figure  6.  S pee tria ng le   of   blade  el eme nt       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Mo deling a nd  simu l ation of f or ces  applied  to  the  horiz on t al  a xi s wi nd tu r bin ro t or by  …  ( I btissem  B ar k at )   417   The  a ngle  of i nc idence is  g i ve n by   ( 9) an d ( 10) :     =   (9)     ( ) ( ) + = ' 0 1 1 1 t a n a r a u   (10)     The  coe ff ic ie nt   of   local   li ft  cl   (i)  is  determi nated  f or  each   αi  after  co nsu lt ing   the  data  t able  of   t he  ai rf oil  of the  bl ade. The  total  thrust T  g e ner at ed by t he r oto r   is give n b y   (11) :     ( ) ( ) r i c i cl w N k T k i = 2 2 1   (11)     In  order  t c al cula te   the   i ntensity   for   e ach   bla de,  the   K utta - J ou ko wsk i   the orem   is  us e d.  T he   equ i valente   vo rtex  i ntensity   c an be  determi ne d from t he  t otal t urbine  t hrus t   (12)   [ 24]   .   = R r d r T 0   (12)     By ass um i ng that al l t he res ulti ng   flo is  dr a gg e d from  the t ip of t he blades  and a dd i ng the  total   thr us t o al l t he  b la de s,  t he  int ensity  of the  vorte ri ng   is  de te rmin at ed  by ( 13)   [24 ] .     = 2 2 NR T   (13)     W he re  Γ  is t he c irculat ion t hat  w il l be  release d from t he vort ex rin g.  T his it erati ve  met hod f or   Γ  is  p e rformed  at  each  ti me st ep  ∆t , a s s how in  K a r patne ,   et  al .,   ( 14)  [ 23 ]     = N T t 2   (14)     2.4.    Scheme  of t e mpo r al inte gr at i on   At  each  ti me  ste p,   the  t otal  fiel of  veloci ty  induce by   al the  rings  s hall  be  cal cula te d.   F or   t he   passing  of  ti me  predict or - c orrecto sc hem has  bee sel e ct ed  as  s how i ( 15)  a nd  ( 16 )   [ 25].  As   s hown  in   (15)   a nd  ( 16)  are  us e for  th first  it erati on  to  predict   s olu ti on  of  a xial  and   rad ia po sit ion of  the  vortex   rin gs .     ( ) n i n i ir n i i z r tv r r , * + =   (15 )     ( ) n i n i iz i n i z r tv z z , * + =     (16 )     The  Ad a ms - Ba sh f or t met hod  is  us e f or  pre ci sion   a nd  sta bi li ty  reasons  to   determi ne  t he   locat ion   of   the vo rtex rin gs. A s s how in   (17) to  ( 18).     ( ) ) , ( 2 1 , 2 3 1 1 * + = n i n i ir n i n i ir n i i z r tV z r tv r r   (17)     ( ) ) , ( 2 1 , 2 3 1 1 * + = n i n i iz n i n i iz i n i z r V z r tv z z   (18)     Ther ea fter , th e   sp ee ds   ((  ( , ) ,    ( ) are  det erminated  in t his n e w p os it ion ). The   ri ng  locat ion  is  d et e rmin e d b a verage inte rme d ia te  v el ocity  and  new v el ocies ( 19)  a nd (2 0) .     ( ) ( ) * * * * 1 , , 2 i i ir i i ir n i n i z r v z r v t r r + + = +   (19 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   41 3     4 20   418     ( ) ( ) * * * * 1 , , 2 i i iz i i iz n i n i z r v z r v t z z + + = +   (20       3.   RESU LT S  AND  DI SCUS S ION   In   t his  w ork,   we  ha ve  us e two  ty pes  of  wind  tu rb i nes  to  stu dy   a nd  si mu la te   the  f or ces  ap plied  to  wind  tu r bin r otors.  The   fir st  case  is  a   w i n d - r o t o r   t y p e   N R E L 5 M W   a t   w i n d   s p e e d   o f   8   m / s .   T h e   N R E L   r e p o r t   [ 26]   con ta in some   ba sic   par a mete rs  f or  tu rb i ne s,  ae r od ynami pr of il es,   aer odynamic   cha r act erist ic an ot her  tur bin e   detai ls  us e i t his  m odel Fig ur e   s how s   the   dist ribu ti on   of   vorte rin gs  in   the   wak e t he  rin gs  m ov e   axial ly a nd exp and ra diall y.     This   nume rical   sim ulati on  us  al lows  the   f ollow i ng  resu lt s   pr ese nted   i Figures   a nd  10   w hic s how   the  distri bu ti on  of  the   intensit Γ,   t he  ta nge nt ia and   th a xial  forces  distri bu ti on  al ong  t he   blade .   In  Fig ur e   it   is  no te t hat  th i ntensity   Γ  blade   ti is  39  m 2 /s  t his  in te ns it inc reas es  pro porti onal ly  to   th value   of  0.87   r/ R an d decrea ses r a pid l in  the  blade r oo t.   The  ta ngentia an t he  a xial  forces  distrib ut ion  in   t he  r otor  plane   is  s ow i Fi gure   9   ( a)  (b).  N ote   that t h e s e   f or ce s incr eases sl i ghtl at  the end of  th e b la de  an sta bili zes, aft er th e s e   forces  decr ease s r a pidl at   the  bla de  roots .   T he  sec ond  c ase  is  wind  t urbine:  Game s G 58  wit a N ACA   44 12  prof il blade s,  the  ro t or  at   a  r adi us of 58  mete rs  f r om  t he  r esult s o btaine in   F igure 10   sho ws   the  p owe rec ov e re by   the   tur bin e   Gamesa  acco rdi ng  t the  w i nd sp ee d .           Figure  7. V or te x rin gs   distrbut ion  i the  w a ke       Figure  8. Distri bu ti on  of inte nsi ty Γ al ong t he  b la de           (a)     (b)     Figure  9 .   (a T he   ta nge ntial   f or ce s  d ist ri bu ti on in  t he rot or   plane,  ( b)   the  a xial   f or ce s  d ist rib ution i n   t he rot or   plane     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Mo deling a nd  simu l ation of f or ces  applied  to  the  horiz on t al  a xi s wi nd tu r bin ro t or by  …  ( I btissem  B ar k at )   419       Figure  10 .   Pow er  produce d by game sa  G58  a ccordin t the   wind s pee d y       4.   CONCL US I O   In   this pa per , w prese nted  a   work   t hat  invo lves  the  m od el i ng   st udy  of   the   forces  ap plied   to  the  win tur bin ro t or   a xis  horiz onta l.  To   do  this,  we  ha ve  pro pose m odel   that  com bin e s   the  meth od  of  bla de   el ement  f or   de te rmin at io of  aerod yn a mic  f or ces  a nd  vort ex  the ory  to  ca lc ulate   the  velocit fiel in duced  i the  r otor  pla ne This  model   has  al lo we the  impleme nt at ion   of   model  di gital   capab le   of  pe rfo rming  simulat ion s   with  acce ptable  a ccur ac a nd  a   ti me  ade qu at e   cal culat ion .   N um e rical   simul at ion a re  pe r f ormed   and   t he  sim ulati on   res ults  of  the  two  ca ses  of   wind  tu rb i ne show  t he  va li dation  of  this   model  to  dete rmin e   the  wind   tu rb i ne   pe rformanc a nd  var i ou s   aer odynamic   par a mete rs   bla des.  It   is   poss ible  to   c onsid er  t he   pro po se d mo de l as o per at io nal  and ca al s o b e u se t sim ulate  u nst able ca ses .       REFERE NCE S   [1]   Ene rgy   outl ook   2016 ,"   BP p. l . c ,   BP St at isti ca l ,   2 016.     [2]   Hac hemi,   Glaou i,   H arr ouz ,   Abd el kad er,  Isma il ,   Mess aoudi ,   Ha mi d,   Saab ,   " Mo del ing   of  W ind   Ene rgy  on   Isol ated  Area , "   In te rnati onal  Journal   of   Powe r E le c troni cs  and  Dr ive  Sys te m (IJPEDS) ,   v ol.   4 ,   no .   2 ,   pp .   2 74 - 280,   2014 .   [3]   La nch este r ,   F W. ,   "A   cont r ibu ti on  to   th th eor of  propulsion   and  th scr ew  pr opel l er , "   Journal  of  the  Ame rica Soci e ty   for Nav a Eng ine ers ,   vol. 27, no. 2,  pp  57 - 98,   1915 .   [4]   Ham idreza ,   Abe di,  "D eve lop me n of   Vorte x   Fil a me nt   Method   for   Aer odyna mi c   L oads  on   Rotor   Bl ade s,"   The sis   for   lic ent i at e   of engi nee ring ,   no .   22 ,   2013.   [5]   Hansen,   M. ,   Sørensen,   J . ,   Voutsi nas.   S . ,   Sørense n.   N . ,   Madsen,   H. ,   "S tate   of   the  art  in  wind   turb ine   ae rodyn am i c and  a ero e la sti ci t y,   Progress   in Ae r ospace   S cien ce s ,   vo l. 42, no.  4,   pp .   285 - 330 ,   2006.   [6]   W.  J.   M.   Rank in e,   "O the   Me ch ani c al  Princ ipl e   of  th e   Act ion  o f   Propel1e rs ,"   Tr ansacti ons  o f   the Insti tut e   o f   Nava Arch itect s vol .   6,   1865 .   [7]   W.   Froude ,   "O n   the   Eleme n ta ry   Rel a ti on  b et we en  Pitc h ,   Sl ip  a nd  Propulsive  E ffic i enc y , "   Tr ansacti ons  of  the   Instit ute of   Nava Arch it e ct s v ol .   19,   1978.   [8]   Naji   Abdul la h   Mez aal ,   Os int se K.  V,   Alyuko S.V. ,   "The   co mput ational  flu i dynam ic p erf orma nc ana lysi of  horiz ont al   axi wind  turbi n e , I nte rnational   Jou rnal  of  Powe Elec troni cs  and  D rive   S yste (I JPE DS) ,   vol .   10 ,   n o .   2,   pp .   1072 - 108 0,   2019   [9]   B.   Sander se ,   S .   P.  Van  der   Pij l,  and  B.   Koren ,   "Revi ew  of  co m puta ti on al   fluid  dynam i cs  for  wi nd  turbi ne  w ake  ae rodyna mi cs , "   Wind  En ergy vo l.   14 ,   no .   7 2011 .   [10]   Em ma nu el,   B. ,   "W ind   Turbine  A ero dynami cs  and   Vor ti c i ty - Based   Meth ods,  Fundam en ta ls   and   Re cent  Applic a ti ons,"   S pringer,   Germ any ,   2017 .   [11]   Bofeng,   Xu ,   To ngguang,   Wa ng ,   Yue,   Yuan ,   Zh e nzhou,   Zha and   Haomi ng ,   Li u ,   "A   Simpl ified  Fr ee   Vort ex  W ake   Model  of Wind   Turbi n es  for   Axi al   St ea dy   Condit ions,"   Applied   S ci en ce s ,   vol.  8 ,   n o.   6 ,   p .   866 ,   201 8.   [12]   Yu.  W ,   Ferre ira.   C. 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                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   41 3     4 20   420   [17]   E.   Br anl a rd,   M .   Gauna a,   "Cylind ric a vort ex  wak mod el :   right  c yli nder , Wind   Ene rgy ,   vol .   18 ,   no.   11 ,   pp .   973 - 987,   2014 .   [18]   Ian   S.   Sulli v an ,   Jos eph  J. ,   Niemel,  A. ,   Rob ert  E. Hershberg er,  D iogo  Bolst er  and   Russ el   J. ,   Ddon nel ly ,   "D ynamic of  thi n   vort ex  rin gs,"   Journal  o f F lui M ec hani cs ,   vol.   609 ,   no .   25 ,   pp.   319 - 347 ,   20 08.   [19]   Jea n - Jac ques .   C hat tot,   "Wi nd   tu rbine  a ero dynamics,   an a lysis  and   design , Inte rn ati onal   Journal   of  Ae rodynami cs v ol.   l, no. 3 - 4,   p p.   404 - 444 ,   201 1.   [20]   Chat tot,   Jea n - Ja cque s,   "A ct u at or   Disk  The ory - St ea dy   and   Uns tea dy  Models, "   Jou rnal  of   Solar   En ergy   Engi n ee rin g   vol.   136 ,   no .   3 ,   p p.   031012 - 0310 22 ,   2014 .   [21]   Van.   He em st ,   J .   W. ,   et  al. ,   "Cou pli ng  of   fr ee  w ake  vorte x   r ing  nea r - wake   model  with   th e   Jense and   L arse n   far - wake   de ficit mo del s,"   Journa of   Phy si cs:  Conf ere nce Se ri es ,   vo l.  625,   no .   1 ,   2015       [22]   Le wis ,   Regi n al d   Iva n ,   "V orte x   e le m ent  methods  for   flui d   dyn a mi c   a n al ysis  of   engi ne eri ng   sys te ms,"   Cambr idg e   Unive rs it y   Press ,   2009   [23]   Karpa tne.   Anan d,   et  al. ,   "V orte x   Ring   Model   of  Ti Vort ex   Aper iodi city   in  Ho ver ing  H el i copt e Rotor , Journa l   of  F lui ds  Eng ineering ,   vo l. 136,  no.   7 ,   pp .   07110 4.   2014 .   [24]   Iss am .   Maghl a oui,   Iva n ,   Dob rev ,   Fawas,   Mass ouh,   Ouaha b ,   Benr et e m,   D al ila,   Kh al fa ,   " Comput ationally  Ine xpensive  fr ee  vort ex  me thod   to  obt ai n   vort ex   cor e   positi on   i th wak e   of   a   hori zont a axi s   wind   turbi n e ,”   Inte rnational   Jo urnal  of Fl uid   M ec hani cs  R ese arch vo l.  44,   no.   5 ,   pp .   427 - 443 ,   2 017 .   [25]   V.   L.   Okulov ,   et  al. ,   The  ro t or  th eor ie s   by   Profess or  Joukow sky:  Vorte x   t heor ie s ,”  Progress   in   Ae ros pac Sci en ce s ,   vol. 73 ,   pp .   19 - 46 ,   201 5.   [26]   J.  Jonkman ,   S.   Butt erf ie ld ,   W .   Mus ia l,   G.  Sc ott ,   Wi nd   Tur bine   for  Offs ho re  Sys te Dev el opm ent ,   5 - MW   Refe ren ce,”   Tec h.   R ep. TP - 500 - 3806 ,   NREL ,   20 09.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.