Estudo comparativo do levantamento da curva de eficiência de um aerogerador de pequeno porte utilizando "openfoam" com diferentes abordagens numéricas e dados experimentais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carneiro, Francisco Olimpio Moura, 1982-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638236
Resumo: Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail
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spelling Estudo comparativo do levantamento da curva de eficiência de um aerogerador de pequeno porte utilizando "openfoam" com diferentes abordagens numéricas e dados experimentaisComparative study of performance curve of a small scale wind turbine using openfoam and different numerical approaches and experimental dataFluidodinâmica computacionalTurbulênciaComputational fluid dynamicTurbulenceOrientador: Kamal Abdel Radi IsmailTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O estudo aerodinâmico de pás de aerogerador requer um custo experimental elevado tanto para fabricação como para teste. O uso de CFD, como ferramenta, oferece um suporte as decisões de pré projeto, reduzindo o tempo e o custo, porém a validação dos casos numéricos é crucial ao uso ótimo desta ferramenta. Este trabalho focou em validar o levantamento de curva de eficiência de um aerogerador de pequeno porte, com 3m de diâmetro, aplicando modelo de turbulência RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) k-'omega' SST utilizando a biblioteca livre OpenFOAM em duas abordagens de movimentação de malha e de regime. A primeira foi feita em regime permanente e malha móvel com condição de contorno de rotação e a segunda em regime transiente com malha móvel utilizando o algoritmo AMI. O estudo de independência da malha foi realizado, iniciando-se na condição permanente e concluído na condição transiente, para garantir a independência nas duas abordagens. Este estudo varreu todas as variáveis da malha até o limite dos recursos computacionais disponíveis, iniciando-se na geometria do volume de controle, e em seguida avaliando o refinamento e não ortogonalidade com foco na forma da pá, continuando no refinamento local próximo ao rotor e finalizando na adição de camadas. Após garantida a independência da malha avaliou-se a sensibilidade do modelo a variação da constate ß* do modelo de turbulência RANS k-'omega' SST, ao comprimento característico e a intensidade de turbulência. As curvas numéricas obtidas foram confrontadas com a curva experimental do rotor. Os resultados mostraram que a abordagem transiente com malha móvel utilizando o algoritmo AMI obteve sucesso em reproduzir os efeitos de escoamento sobre as pás do rotor. Os valores obtidos numericamente, com modelo k-'omega' SST em sua configuração padrão, ficaram entre os valores médios e máximos obtidos experimentalmente. Fato este justificado pela idealidade da simulação em relação a condição real de teste. Também conclui-se que a adição de camadas não pode ser associada ao ajuste do modelo haja vista mostrou-se ser uma condição trivial ao uso ótimo do mesmo. A união do modelo k-'omega' SST com o algoritmo AMI é uma abordagem inédita aplicado na investigação de escoamento sobre aerogeradores de pequeno porte. Este método contribui para a melhoria da precisão dos resultados numéricos com custo computacional acessívelAbstract: Aerodynamic study of wind turbine blades requires a high experimental cost for both manufacturing and testing. Using CFD as a tool supports pre-design decisions, reducing time and cost, but validating numerical cases is crucial to optimal use of this tool. This work focused on validating the efficiency curve survey of a small wind turbine with 3m diameter using the RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) k-'omeg' SST turbulence model and the free library OpenFOAM in two approaches of mesh motion and regime. The first one was made in steady-state and frozen rotor with rotation boundary condition and the second in transient regime with moving mesh using the AMI algorithm. The independent mesh study was carried out, starting from the permanent condition and concluded in the transient condition, to guarantee independent in both approaches. This study swept all mesh variables up to the limit of computational resources, starting with the control volume geometry, and then evaluating the refinement and non-orthogonality with focus on the blade shape, continuing with local refinement near the rotor and ending in adding layers. After ensuring the independent mesh, the sensitivity of the model to the variation of k-'omega' SST constant ß*, characteristic length and intensity of turbulence was evaluated. The numerical curves obtained were compared with the experimental rotor curve. The results showed that the transient regime with moving mesh approach using the AMI algorithm was successful in reproducing the flow effects on the rotor blades. The numerically values, with k-'omeg' SST model in its default configuration, were between the average and maximum of experimental values. This is justified by the ideal conditions of the simulation concerning the field test conditions. It is also concluded that the addition of layers cannot be associated with the model adjustment since it is a trivial condition to its optimal use. The union of the k-'omega' SST model with the AMI algorithm is an inedited approach applied in the investigation of flow on small wind turbines. This method contributes to improving the accuracy of numerical results at an affordable computational costDoutoradoTérmica e FluídosDoutor em Engenharia Mecânica[s.n.]Ismail, Kamal Abdel Radi, 1940-Belo, Eduardo MorgadoDal Fabbro, Inacio MariaScalon, Vicente LuizPadilha, AlcidesUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASCarneiro, Francisco Olimpio Moura, 1982-20202020-01-21T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online ( p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638236CARNEIRO, Francisco Olimpio Moura. Estudo comparativo do levantamento da curva de eficiência de um aerogerador de pequeno porte utilizando "openfoam" com diferentes abordagens numéricas e dados experimentais. 2020. 1 recurso online ( p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638236. 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