Avaliação do torque estático de uma turbina eólica de cinco pás via simulação numérica do escoamento

Abstract

Este trabalho avalia o torque estático de uma turbina eólica de eixo horizontal de cinco pás através de simulação numérica e analisa a qualidade dos resultados obtidos, considerando a metodologia numérica adotada, a partir de comparações com resultados experimentais. Esta análise é realizada utilizando os softwares SolidWorks para o desenho dos componentes do problema, Icem CFD para a discretização do domínio e Fluent para a resolução numérica das equações governantes, as equações da continuidade e de Navier-Stokes com médias de Reynolds (RANS).O modelo de turbulência empregado é k-ω SST. A qualidade da malha é determinada através de um estudo de refinamento de malha, utilizando os critérios GCI e y+. A malha escolhida é simulada quatro vezes, em regime permanente. Os parâmetros do primeiro caso são selecionados de forma a reproduzir as condições do experimento. Os resultados do torque estático do primeiro caso são comparados aos dados experimentais, apresentando uma diferença percentual de 10,6%, e os campos de pressão e velocidades encontrados se mostram consistentes com o fenômeno. Estabelecido esses resultados, os próximos três casos são simulados, variando-se a intensidade de turbulência. O torque estático de cada caso é obtido, os valores crescem conforme aumenta-se o nível de turbulência. Os resultados indicam uma melhora no desempenho da turbina.

In this work is assessed the static torque of a horizontal axis wind turbine with five blades through numerical simulation, and the quality of the results is analysed, considering the adopted numerical methodology, based on comparisons with experimental results. This analysis is performed using the softwares SolidWorks for the design of the problem components, Icem CFD for the discretization of the domain and Fluent for the numerical solution of the governing equations, the equations of continuity and of Navier-Stokes averaging Reynolds (RANS). The employed turbulence model is k-ω SST. The quality of the mesh is determined by a study of mesh refinement using y+ and GCI criteria. The chosen mesh is simulated four times, in steady state. The parameters of the first case are selected so as to reproduce the experimental conditions. The results of the static torque of the first case are compared to the experimental data, with a percentage difference of 10.6%, and the pressure and the velocity fields found are shown to be consistent with the phenomenon. Established these results, the following three cases are simulated, varying the intensity of turbulence. The static torque of each case is obtained, and the values grow as the turbulence level increases. The results indicate an improvement in the performance of the turbine.