Interação hidrodinâmica de turbinas hidrocinéticas e peixes

Abstract

O objetivo principal deste trabalho é analisar a interação hidrodinâmica entre uma turbina hidrocinética e um peixe, no contexto dos impactos ambientais da tecnologia sobre a ictiofauna. Em primeiro lugar, foram estudados de forma independente o nado de peixes sob a cinemática carangiforme e a esteira de uma turbina hidrocinética, visando a criação de duas metodologias validadas e robustas para posteriormente realizar o acoplamento entre ambas e estudar o problema completo. Foram realizadas simulações numéricas empregando a abordagem URANS com modelo de fechamento para turbulência k-ω-SST. As simulações do peixe foram desenvolvidas empregando algoritmos de malha deformável de acordo à cinemática real dos peixes. O estudo da turbina foi abordado de forma simplificada mediante o método da linha atuadora. Na resolução do problema acoplado, diferentes configurações foram analisadas variando parâmetros como: frequência de natação do peixe, posição do mesmo na esteira e condições de operação do rotor. A partir dos resultados extraídos foi observada a dependência da produção de esforços do peixe com a sua localização na esteira, o que foi atribuído à mudança das variáveis turbulentas na esteira e as estruturas de vórtices coerentes, cambiantes para as diferentes localizações. Finalmente, o novo parâmetro proposto, o número de Strouhal local Stl, estabelece uma relação de dependência direta entre a cinemática do peixe, a vorticidade do escoamento e o coeficiente de esforços médio na direção do escoamento. Permitindo qualificar a admissibilidade do peixe nadar na esteira sob diferentes configurações e concluindo que sob as mesmas condições cinemática um peixe é capaz de produzir forças propulsivas maiores quando posicionado próximo ao rotor e alinhado com a ponta da pá.