Implementação de uma malha dinâmica para estudo da formação da esteira em um aerogerador utilizando simulação de grandes turbilhões

• Autor(a) principal: Lemes Junior, Danilo Nogueira
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIPAMPA
• Texto Completo: http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/2064
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS; Engenharia mecânica; Aerogerador; Malha dinâmica; Esteira turbulenta; Mechanical engineering; Wind turbine; Dynamic mesh; Turbulent wake

O ar em movimento, ao passar por uma turbina eólica é deformado pelas pás, gerando uma esteira turbulenta a sua jusante. Nessa região a velocidade do ar diminui a sua magnitude, acarretando em uma redução da produção de energia elétrica para outras turbinas eólicas localizadas nessa área. Outro maléfico decorrente da esteira é que há aumento na turbulência, produzindo altas cargas de flutuação, comprometendo a vida útil das hélices. Desta forma, este trabalho fundamenta-se em gerar uma malha dinâmica através da dinâmica dos fluídos computacionais, para a implementação de um aerogerador, de forma que análises das características da região da esteira turbulenta sejam possíveis serem auferidas. A simulação numérica é realizada através do software de dinâmica dos fluídos computacional OpenFoam 2.4.0, através do solver transiente pimpleDyMFoam, utilizando como modelo de turbulência a simulação de grandes turbilhões. O modelo do aerogerador é gerado através do software Solid Works, o qual possui altura da torre e diâmetro das hélices, 0,213 m e 0,2108 m, respectivamente. Para auferição da simulação numérica, configura-se a velocidade de rotação das pás para 9,95 rad/s, tendo como velocidade de escoamento 1m/s, sendo implementado a condição periódica para as superfícies de entrada e saída, assim como para as laterais, aplicando-se a condição de não escorregamento somente para as faces inferior e superior. São coletados dados em 5 localizações no domínio computacional, encontrando-se um a montante e os outros quatro a jusante da turbina eólica, os quais possuem 23 pontos verticais espaçados igualmente. Após o caso ser simulado, geram-se gráficos adimensionais dos perfis do vetor da velocidade, da intensidade turbulenta e da tensão de Reynolds. Ao plotar o gráfico dos perfis da velocidade, percebe-se uma queda significativa da velocidade nos dois primeiros pontos a jusante, na altura do eixo do rotor, onde posteriormente, a velocidade tende a retomar a magnitude da montante, a qual recupera esse valor somente para o último ponto. Analisando-se os perfis da intensidade turbulenta, um grande aumento dessa é gerado logo atrás da turbina eólica, a qual é devida as pontas das pás, cujo movimento gera vórtices, intensificando dessa maneira a criação de turbulência. Na medida que analisa-se esse aumento na intensidade, quando a tensão de Reynolds é averiguada, fluxo de momentum negativo é gerado na altura das pás, devendo-se a ampliação apresentada anteriormente, onde pode ser visto um aumento também, mesmo que com menor intensidade, na região da torre. Diante dos resultados apresentados, esses estão de acordo com características da esteira presentes na literatura, conseguindo-se dessa maneira reproduzir com êxito esses efeitos, possibilitando o auferimento de novos estudos futuros.