Análise da performance de aerogeradores verticais H utilizando o modelo de múltiplos tubos de corrente e dinâmica dos fluidos computacional
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22995 |
Resumo: | The present work analyzes the performance of an H-type Darrieus wind turbine through a method based on the concepts of blade element and momentum (BEM – Blade Element Momentum), known as the multiple streamtube method (implemented by SANDIA/USA laboratories as code DART-DARrieus Turbine) and through Computational Fluid Dynamics (CFD - Computational Fluid Dynamics) via Fluent/ANSYS software. The main objective is to compare the results obtained by the two methods for a simplified two-dimensional geometry of a scaled H rotor, whose dimensions were obtained through a process of optimization of wind rotors on the DART code for maximum wind energy extraction based on the wind data collected at the meteorological station OMM:08798 (Latitude: -7.1°; Longitude: -34.86°) located at the Solar Energy Laboratory (LES/UFPB), João Pessoa, Brazil. The wind data represent a historical series of the last 40 years measured at 7.43 meters high and which have been extrapolated to a height of 100 m. Although slightly different, the results show that the DART code (Cpmax = 0.29, λmax = 3.4) can be used as a good initial approximation for H-type vertical wind rotor designs, which should be further analyzed in greater detail through more sophisticated methods as Computational Fluid Dynamics (Cpmax = 0.24, λmax = 3.0), since important phenomena such as mat effects on the blades in the posterior region of the rotor center, dynamic stall, curvature effects of the flow and presence of the axis, are not captured by the simplified model. |
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Análise da performance de aerogeradores verticais H utilizando o modelo de múltiplos tubos de corrente e dinâmica dos fluidos computacionalAerogeradoresTurbinas eólicas de eixo verticalRotor-HMúltiplos tubos de correnteDinâmica dos fluidos computacionalWind generatorsVertical axis wind turbineH RotorMultiple streamtubeComputational fluid dynamicsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThe present work analyzes the performance of an H-type Darrieus wind turbine through a method based on the concepts of blade element and momentum (BEM – Blade Element Momentum), known as the multiple streamtube method (implemented by SANDIA/USA laboratories as code DART-DARrieus Turbine) and through Computational Fluid Dynamics (CFD - Computational Fluid Dynamics) via Fluent/ANSYS software. The main objective is to compare the results obtained by the two methods for a simplified two-dimensional geometry of a scaled H rotor, whose dimensions were obtained through a process of optimization of wind rotors on the DART code for maximum wind energy extraction based on the wind data collected at the meteorological station OMM:08798 (Latitude: -7.1°; Longitude: -34.86°) located at the Solar Energy Laboratory (LES/UFPB), João Pessoa, Brazil. The wind data represent a historical series of the last 40 years measured at 7.43 meters high and which have been extrapolated to a height of 100 m. Although slightly different, the results show that the DART code (Cpmax = 0.29, λmax = 3.4) can be used as a good initial approximation for H-type vertical wind rotor designs, which should be further analyzed in greater detail through more sophisticated methods as Computational Fluid Dynamics (Cpmax = 0.24, λmax = 3.0), since important phenomena such as mat effects on the blades in the posterior region of the rotor center, dynamic stall, curvature effects of the flow and presence of the axis, are not captured by the simplified model.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqO presente trabalho analisa a performance de uma turbina Darrieus do tipo H através de um método baseado nos conceitos de elemento de pá e quantidade de movimento (BEM – Blade Element Momentum), conhecido como método de múltiplos tubos de corrente (implementado pelos laboratórios SANDIA/USA como código DART- DARrieus Turbine) e por meio de análises através da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD - Computational Fluid Dynamics) via software Fluent/ANSYS. O objetivo principal é comparar os resultados obtidos pelos dois métodos para um modelo bidimensional simplificado de um rotor H em escala reduzida, cujas dimensões foram obtidas através de um processo de otimização de rotores eólicos baseado no código DART para máxima extração de energia eólica com base nos dados de vento coletados na estação meteorológica OMM:08798 (Latitude: -7,1°; Longitude: -34,86°) situada no Laboratório de Energia Solar (LES/UFPB), João Pessoa, Brasil. Os dados de vento representam uma série histórica dos últimos 40 anos medidos a 7,43 metros de altura e que foram extrapolados para uma altura de 100 m. Embora ligeiramente diferentes, os resultados apontam que o código DART (Cpmax = 0,29, λmax = 3,4) pode ser utilizado como uma boa aproximação inicial para projetos de rotores eólicos verticais do tipo H, que posteriormente foram analisados em maiores detalhes através de modelos mais sofisticados através da Dinâmica dos Fluidos Computacional (Cpmax = 0,24, λmax = 3,0), uma vez que fenômenos importantes como efeitos da esteira nas pás na região posterior ao centro do rotor, estol dinâmico, efeitos da curvatura do escoamento e presença do eixo, não são capturados pelo modelo simplificado.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBLima, João Alves dehttp://lattes.cnpq.br/2699729486137957Pontes, Larissa da Silva2022-06-06T18:56:58Z2021-11-262022-06-06T18:56:58Z2021-08-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22995porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-08-09T14:22:14Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/22995Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2022-08-09T14:22:14Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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The present work analyzes the performance of an H-type Darrieus wind turbine through a method based on the concepts of blade element and momentum (BEM – Blade Element Momentum), known as the multiple streamtube method (implemented by SANDIA/USA laboratories as code DART-DARrieus Turbine) and through Computational Fluid Dynamics (CFD - Computational Fluid Dynamics) via Fluent/ANSYS software. The main objective is to compare the results obtained by the two methods for a simplified two-dimensional geometry of a scaled H rotor, whose dimensions were obtained through a process of optimization of wind rotors on the DART code for maximum wind energy extraction based on the wind data collected at the meteorological station OMM:08798 (Latitude: -7.1°; Longitude: -34.86°) located at the Solar Energy Laboratory (LES/UFPB), João Pessoa, Brazil. The wind data represent a historical series of the last 40 years measured at 7.43 meters high and which have been extrapolated to a height of 100 m. Although slightly different, the results show that the DART code (Cpmax = 0.29, λmax = 3.4) can be used as a good initial approximation for H-type vertical wind rotor designs, which should be further analyzed in greater detail through more sophisticated methods as Computational Fluid Dynamics (Cpmax = 0.24, λmax = 3.0), since important phenomena such as mat effects on the blades in the posterior region of the rotor center, dynamic stall, curvature effects of the flow and presence of the axis, are not captured by the simplified model. |
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