[en] Wind turbine blades are prone to erosion and, as a consequence, surface defects, which trigger early transition to turbulence, leading to performance losses of up to 25%. To inspect surface defects, wind turbines must currently be stopped, implying economic and environmental costs. Non-intrusive, in-process health monitoring methods are therefore a desirable alternative. Under certain conditions, convective heat transfer between turbulent air and the wing's surface, implies a temperature difference on the wing which can be visualized in infrared, revealing that the transition to turbulence causes different turbulent wedges, depending on different parameters that suggest a study to be made. An inverse model is proposed, for which surface defects are characterized in-process through infrared thermography techniques by comparing the images with an extensive library of simulations and experiments. Regarding the simulations, performing a DNS simulation of a 3D wing with a tiny disturbance element is a big computational challenge, and simplifications minding available resources must be considered. A previous study proved viable to simulate a disturbance element in a local wing domain, instead of its entirety, in 3D. However, the inlet boundary conditions for these must exactly match reality, and thus global domain 2D DNS simulations have to be done just to determine the velocity profiles at each Reynolds number. In practice, this is undesirable, and this thesis studies whether the profiles follow a predictable pattern with increasing Reynolds numbers and different positions, and whether the inlet boundary conditions can be generated from theoretical boundary layer profiles. Using the high-order spectral element method code Nek5000, DNS simulations have been done in a 2D domain encompassing the DU 95-W-180 airfoil. The developed velocity profiles have been extensively analyzed at relevant stream wise positions, for Reynolds numbers of 1000, 10000 and 100000. Results show that the flow on the suction side is accelerated with increasing Reynolds numbers, and behind the airfoil, the flow topology evolves from a viscous wake, to a Kármán vortex street, to a naturally transitioned turbulent wake. The first finding has been that the wall shear stresses are scalable following the nature of the Falkner-Skan boundary layer theory. Secondly, the velocity profiles u(eta) can be fitted with Falkner-Skan solutions with beta = beta_m with less than a 2% error, or with a 5% error if their slope at the origin is matched, with beta = beta_w. The latter approach takes advantage of the scalability of the wall shear stress, and has been found to follow the same pattern. Conversely, the former approach requires the simulation at Reynolds numbers in between as to further resolve the dependency of the Falkner-Skan profiles beta_m with the Reynolds number. Therefore, velocity profiles at higher Reynolds numbers and different stream wise positions, developed on the DU 95-W-180 airfoil, can currently be predicted through Falkner-Skan solutions with an error of 5%, and may also be empirically predictable with an error of less than 2% in the future.

[es] Las palas de los aerogeneradores son propensas a la erosión y, en consecuencia, a defectos superficiales, los cuales provocan transiciones prematuras a la turbulencia, causando pérdidas de rendimiento de hasta un 25%. Para inspeccionar la superficie, actualmente es necesario detener los aerogeneradores, implicando costes económicos y, sobre todo, ambientales. Por ello, es deseable desarrollar tecnologías no intrusivas que describan el estado superficial de los mismos. En ciertas condiciones, la transferencia de calor entre el aire turbulento y la superficie del ala genera una diferencia en la temperatura superficial, visible en infrarrojos, revelando que la transición a la turbulencia ocurre en cuñas, las cuales dependen de varios parámetros que sugieren que se haga un estudio. Se propone un modelo inverso mediante el cual los defectos superficiales se caracterizan en tiempo real a través de técnicas de termografía infrarroja, comparando las imágenes con una extensa base de datos de simulaciones y experimentos. En cuanto a las simulaciones, la realización de una simulación DNS en 3D de un ala con un pequeño elemento perturbador supone un gran desafío computacional, y es necesario hacer simplificaciones teniendo en cuenta los recursos disponibles. Un estudio previo revela que es viable simular un elemento perturbador en un dominio local del ala, en 3D, en vez de simular el ala entera. Sin embargo, las condiciones de contorno de entrada deben coincidir con la realidad, y por ello es necesario realizar simulaciones DNS en un dominio global en 2D solo para determinar los perfiles de velocidad para cada número de Reynolds. En la práctica, esto no es viable, y esta tesis estudia si los perfiles de velocidad siguen patrones previsibles bajo el aumento del número de Reynolds, y bajo diferentes posiciones. Usando el código de elementos espectrales de alto orden Nek5000, se han realizado simulaciones DNS en un dominio 2D que abarca el perfil alar DU 95-W-180. Los perfiles de velocidad desarrollados han sido analizados entre ellos para varias posiciones, y para números de Reynolds de 1000, 10000 y 100000. Las simulaciones muestran que el flujo se acelera en la región laminar del ala con un aumento del número de Reynolds, y que la estela evoluciona desde una estela viscosa, pasando por una línea Kármán, hasta finalmente una estela turbulenta. El primer resultado es que las tensiones de cizalla en la superficie son escalables siguiendo la teoría de la capa límite de Falkner-Skan. En segundo lugar, se ha comprobado que los perfiles de velocidad u(eta) se pueden ajustar a soluciones Falkner-Skan, con beta = beta_m, con un error intrínseco del 2%, o con un error del 5% si se hace coincidir la pendiente en el origen con beta=beta_w. Este último enfoque aprovecha la escalabilidad encontrada, y se ha demostrado que beta_w también sigue esta tendencia. En cambio, el primer enfoque requiere simulaciones a números de Reynolds intermedios para obtener una dependencia más clara de los perfiles de Falkner-Skan beta_m con el número de Reynolds. Por lo tanto, los perfiles de velocidad a números de Reynolds más elevados y en diferentes posiciones del ala, actualmente, se pueden predecir mediante soluciones de Falkner-Skan con un error del 5%, y en el futuro se podría reducir el error hasta menos del 2%.