Estudo numérico de turbinas hidrocinéticas de eixo horizontal

Abstract

Em turbinas de eixo horizontal, o estudo do escoamento é de grande importância, pois está diretamente relacionado a eficiência e ao projeto do rotor. Esse trabalho tem como objetivo geral a modelagem e simulação numérica do escoamento ao redor de turbinas hidrocinética por meio da dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Como objetivo específico, pretendese realizar um estudo de convergência de malha, modelo de esteira de vórtice de Rankine, esteira aerodinâmica, cavitação e validação com referência experimental. Para atingir esses objetivos, adotou-se o modelo de turbulência SST e configurações de malhas que permitissem proximidade com dados experimentais. Após essa etapa da validação, faz-se a simulação da turbina hidrocinética. Os resultados numéricos obtidos mostram a eficácia da prevenção de cavitação do algoritmo baseado no modelo BEM e relação entre o modelo de vórtice de Rankine e o colapso da camada limite. Além de apresentar a caracterização da curva de coeficiente potência, estrutura de vórtice e recuperação de velocidade na esteira. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

In turbines of horizontal axis, the study of the flow has great importance, because is directly linked with efficiency an the design of rotor. This workhas as general objective the modelling and numeric simulation of the flow around of turbines using Computational Fluid Dynamics (CFD). As specific goal, intends to perform a mesh indenpendence study, Rankine vortex wake model, near and far wake, cavitation and validation with experimental reference. To reach these obejectives, was adopted Shear Stress Transport (SST) turbulence model and configuration of mesh that allow accuracy wiht experimental data. After this step of validation, it is made the simulation of hydrokinetic turbine. The numeric results obtained shows the effectiveness of algoritm (based in BEM) to avoid cavitation and the relationship between Rankine vortex wake model and collapse of boundary layer. In addition to presenting the caracterization of power coefficient curve, structure of vortex and recovery of velocity in the wake.