Análise em CFD do efeito da escala de Froude na aerodinâmica de uma turbina eólica flutuante.

• Autor(a) principal: Pinto, Mariana Lopes
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-05022020-093147/
• topic: CFD; Dinâmica dos fluidos computacional; Efeitos de escala; Efeitos do número de Reynolds; Energia eólica; Escala de Froude; FOWT; Froude similitude; Reynolds effects; Turbinas

A busca por energia renovável aumentou significativamente, com parques eólicos maiores e mais difundidos, tanto onshore quanto offshore. Neste cenário, turbinas eólicas flutuantes (FOWTs) são uma opção altamente atrativa para aproveitar o grande potencial de recursos energéticos que existe em águas mais profundas. FOWTs estão, no entanto, expostas a carregamentos mais complexos, que incluem ondas, correnteza, aerodinâmica das pás e a dinâmica do sistema de amarração. Ensaios experimentais em tanque de provas são amplamente empregados na indústria offshore para verificar a dinâmica dos sistemas. Entretanto, devido a incidência de onda e vento, simultaneamente, a modelagem da FOWT é desafiadora. Ao se adotar a Escala de Froude tanto para as ondas e quanto para os ventos, é impossível alcançar, simultaneamente, a semelhança de Reynolds, resultando em um comportamento aerodinâmico das pás distinto nas duas escalas. Ferramentas computacionais eficientes já estão disponíveis para se prever o desempenho das FOWTs. No entanto, a maioria dessas ferramentas é baseada na Teoria da Quantidade de Movimento do Elemento de Pá (BEMT), que não considera aspectos mais detalhados da tridimensionalidade do escoamento ao redor do rotor. Uma descrição mais refinada desse escoamento, como a baseada em um código de Dinâmica dos Fluidos Computacional CFD), pode ser útil para uma melhor compreensão do carregamento e desempenho da FOWT e, portanto, ser uma ferramenta importante para melhorar seu projeto. Neste trabalho, um código CFD comercial baseado nas equações médias de ReynoldsNavier Stokes são empregadas para avaliar e caracterizar o comportamento aerodinâmico da turbina NREL 5MW, tanto em escala real como na escala de modelo, esta adotada conforme aos testes da OC4 FOWT. As simulações foram realizadas para diferentes razões de velocidade de ponta da pá (TSR), variando-se a velocidade angular para uma velocidade constante e uniforme do vento, e os efeitos da escala por Froude na aerodinâmica das pás são apresentados e discutidos. Verifica-se que os resultados, de modo geral, estão de acordo com as análises numéricas prévias apresentadas na literatura. Em particular, a concordância dos resultados numéricos obtidos com os dados experimentais disponíveis é muito boa, mesmo para os coeficientes de potência negativos que podem ocorrer em escala de modelo, algo que trabalhos numéricos anteriores relataram ser difícil de reproduzir.