Interação hidrodinâmica de turbinas hidrocinéticas e peixes

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Macías, Marianela Machuca
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/42014
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.
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spelling Interação hidrodinâmica de turbinas hidrocinéticas e peixesPeixeTurbinas hidrocinéticasEsteira hidrodinâmicaTurbulênciaVórticesTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.O objetivo principal deste trabalho é analisar a interação hidrodinâmica entre uma turbina hidrocinética e um peixe, no contexto dos impactos ambientais da tecnologia sobre a ictiofauna. Em primeiro lugar, foram estudados de forma independente o nado de peixes sob a cinemática carangiforme e a esteira de uma turbina hidrocinética, visando a criação de duas metodologias validadas e robustas para posteriormente realizar o acoplamento entre ambas e estudar o problema completo. Foram realizadas simulações numéricas empregando a abordagem URANS com modelo de fechamento para turbulência k-ω-SST. As simulações do peixe foram desenvolvidas empregando algoritmos de malha deformável de acordo à cinemática real dos peixes. O estudo da turbina foi abordado de forma simplificada mediante o método da linha atuadora. Na resolução do problema acoplado, diferentes configurações foram analisadas variando parâmetros como: frequência de natação do peixe, posição do mesmo na esteira e condições de operação do rotor. A partir dos resultados extraídos foi observada a dependência da produção de esforços do peixe com a sua localização na esteira, o que foi atribuído à mudança das variáveis turbulentas na esteira e as estruturas de vórtices coerentes, cambiantes para as diferentes localizações. Finalmente, o novo parâmetro proposto, o número de Strouhal local Stl, estabelece uma relação de dependência direta entre a cinemática do peixe, a vorticidade do escoamento e o coeficiente de esforços médio na direção do escoamento. Permitindo qualificar a admissibilidade do peixe nadar na esteira sob diferentes configurações e concluindo que sob as mesmas condições cinemática um peixe é capaz de produzir forças propulsivas maiores quando posicionado próximo ao rotor e alinhado com a ponta da pá.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The main goal of this work is to analyze the hydrodynamic interaction between a hydrokinetic turbine and a fish, in the context of the environmental impacts of technology on the ichthyofauna. Firstly, fish swimming under the carangiform kinematics and the wake of a hydrokinetic turbine were independently studied, aiming at the creation of two valid and robust methodologies to later perform the coupling between both and study the complete problem. Numerical simulations were carried out using the URANS approach with a k-ω-SST turbulence closure model. The fish simulations were developed using deformable mesh algorithms according to the real fish kinematics. The study of the turbine was approached in a simplified way using the actuator line method. In solving the coupled problem, different configurations were analyzed, varying parameters such as swimming frequency of the fish, their position on the wake, and rotor operating conditions. From the computed results, it was observed the dependence between fish force and its location on the wake, which was attributed to the change of turbulent variables on the wake and the vortex structures for the different locations. Finally, the new parameter proposed, the local Strouhal number Stl, establishes a direct dependency relationship between the fish kinematics, the flow vorticity, and the mean force coefficient in the flow direction. Allowing the qualification of the fish swimming in the wake under different configurations, and concluding that in the same kinematic conditions a fish is capable of producing greater propulsive forces when positioned close to the rotor and aligned with the tip of the blade.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasBrasil Júnior, Antonio Cesar PinhoMacías, Marianela Machuca2021-09-02T20:13:39Z2021-09-02T20:13:39Z2021-09-022021-06-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfMACÍAS, Marianela Machuca. Interação hidrodinâmica de turbinas hidrocinéticas e peixes. 2021. 205 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2021.https://repositorio.unb.br/handle/10482/42014A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-08T21:43:29Zoai:repositorio.unb.br:10482/42014Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-08T21:43:29Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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