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metadata.dc.type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Implementação de uma malha dinâmica para estudo da formação da esteira em um aerogerador utilizando simulação de grandes turbilhões
metadata.dc.creator: Lemes Junior, Danilo Nogueira
metadata.dc.contributor.advisor1: Costa, Felipe Denardin
metadata.dc.description.resumo: 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.
Abstract: The moving air, when passing by a wind turbine is deformed by the blades, generating a turbulent wake its downstream. In this region the speed of the air decreases its magnitude, causing in a reduction of the production of electric energy for other wind turbines located in that area. Another malignant arising from the wake is that there is increased turbulence, producing high fluctuation loads, compromising the propellers’ life. In this way, this work is based on generating a dynamic mesh through of the computational fluid dynamics, for the implementation of a wind turbine, so that analyzes of the characteristics of the turbulent wake region are possible to be obtained. The numerical simulation is performed through the computational fluid dynamics software OpenFoam 2.4.0, through the transient solver pimpleDyMFoam, using as model of turbulence the large eddy simulation. The wind turbine model is generated through the Solid Works software, which has tower height and propeller diameter, 0.213 m and 0.2108 m, respectively. In order to calculate the numerical simulation, the speed of rotation of the blades is set at 9.95 rad/s, having a flow velocity of 1 m/s, through a pressure gradient configured in the initial conditions, and the periodic condition for the and side surfaces, with the non-slip condition applying only to the lower and upper faces. Data are collected in 5 locations in the computational domain, with one upstream and the other four downstream of the wind turbine, which have 23 equally spaced vertical dots. After the equations are discretized, non-dimensional graphs of the velocity, turbulence intensity and Reynolds voltage profiles were generated. When plotting the velocity profiles, we notice a greater velocity drop at the point closest to the downstream, with a greater loss of blade height, where velocity later on tends to resume the magnitude of the velocity as it distances . By analyzing the profiles of the turbulent intensity, a large increase of this is generated just behind the wind turbine, which is due to the tips of the blades, whose movement generates vortices, thus intensifying the creation of turbulence. As this increase in intensity is analyzed, when the Reynolds voltage is checked, negative momentum flux is generated at the blade height, due to the increase shown previously, where it can be seen an increase also, even if with less intensity, in the region of the tower. In view of the presented results, these are in agreement with characteristics of the mat present in the literature, being able in this way to reproduce successfully these effects, making possible the collection of future studies.
Keywords: Engenharia mecânica
Aerogerador
Malha dinâmica
Esteira turbulenta
Mechanical engineering
Wind turbine
Dynamic mesh
Turbulent wake
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pampa
metadata.dc.publisher.initials: UNIPAMPA
metadata.dc.publisher.department: Campus Alegrete
Citation: LEMES JUNIOR, Danilo Nogueira. Implementação de uma malha dinâmica para estudo da formação da esteira em um aerogerador utilizando simulação de grandes turbilhões. 53p. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal do Pampa, Campus Alegrete, Alegrete, 2017.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
URI: http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/2064
Issue Date: 30-Nov-2017
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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