CalibraÃÃo do Modelo de TurbulÃncia k-ω SST para Turbinas EÃlicas de Pequeno Porte AtravÃs de AvaliaÃÃo NumÃrica e Experimental

• Main Author: Marcos Paulo Gomes Fernandes
• Other Authors: Paulo Alexandre Costa Rocha
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal do Cearà 2013
• Subjects: ForÃa eÃlica; Modelos matemÃticos; Wind energy; Simulation; Turbulence model k-ω SST; ENGENHARIA MECANICA
• Online Access: http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=9378

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior === No presente trabalho foi realizada a investigaÃÃo numÃrica e experimental do desempenho aerodinÃmico de dois aerogeradores tripà de pequeno porte com 3 m de diÃmetro. Os perfis aerodinÃmicos utilizados, NACA 0012 (simÃtrico) e NACA 4412 (cambado), foram projetados para aplicaÃÃes em baixas velocidades, como à o caso de turbinas eÃlicas de eixo horizontal. Os aerogeradores foram construÃdos e testados no LaboratÃrio de Energia Solar e GÃs Natural - UFC. Isto permitiu a determinaÃÃo das curvas de desempenho dos mesmos, possibilitando a comparaÃÃo posterior com os resultados da anÃlise numÃrica. A fim de calibrar o modelo de turbulÃncia k-ω SST para aplicaÃÃo em turbinas eÃlicas de pequeno porte, foram realizadas simulaÃÃes numÃricas utilizando o pacote de CFD OpenFOAM, versÃo 1.7.1. Os resultados numÃricos e experimentais foram comparados, de tal forma que, a partir da variaÃÃo de parÃmetros como intensidade de turbulÃncia, comprimento caracterÃstico turbulento e β* (constante de calibraÃÃo do modelo), pode-se concluir que os resultados numÃricos foram pouco sensÃveis aos dois primeiros parÃmetros, enquanto a variaÃÃo de β* impactou de forma significativa os resultados numÃricos. A mudanÃa do aerofÃlio nÃo alterou o valor de β* que melhor ajustou o resultado. Isto, alÃm do sucesso do processo de calibraÃÃo, indica que a cambagem nÃo influenciou na calibraÃÃo do modelo de turbulÃncia, o que à muito positivo, pois permite uma avaliaÃÃo de cenÃrios diferentes, tal como pÃs projetadas com outros perfis aerodinÃmicos. === In this work it was performed a numerical and experimental investigation of the aerodynamic performance of two small three-bladed wind turbines with diameter of 3m. The airfoils used, NACA 0012 (symmetrical) e NACA 4412 (unsymmetrical), were designed for low speed applications, such as the horizontal axis wind turbines. The wind turbines were built and tested at the Solar Energy and Natural Gas Laboratory âUFC. This allowed the attainment of the performance curves, enabling the comparison between the results of the numerical analysis. In order to calibrate the turbulence model k-ω SST to applications in small wind turbines, it was performed numerical simulations using the open source package for CFD solutions OpenFOAM, version 1.7.1. The numerical and experimental results were compared, in a way that, from the variation of parameters such as turbulence intensity, characteristic length and β* (calibration constant), it can be concluded that the numerical results were little sensitive to the first two parameters, while the variation of β* impacted significantly the numerical results. The change of airfoil did not modify the value of β* that best adjusted the result. This, beyond the success of the calibration process, indicates that the camber did not affect the calibration of the turbulence model, which is very positive because it allows an evaluation of different scenarios, such as blades designed with other airfoils.