Staff View: Análise metodológica da aplicação dos modelos de turbulência para simulações de escoamentos em perfis aerodinâmicos

Análise metodológica da aplicação dos modelos de turbulência para simulações de escoamentos em perfis aerodinâmicos

Devido à expansão do mercado de energia eólica e, consequentemente, a expectativa de que aerogeradores cada vez mais potentes sejam projetados ao longo dos próximos anos, estudos mais detalhados com relação ao projeto destas máquinas precisam ser elaborados. Atualmente, há projetos de pás de turbina...

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Main Author:	ROCHA, Guilherme José Arruda Moura
Other Authors:	ARAÚJO, Alex Maurício
Format:	masterThesis
Language:	por
Published:	Universidade Federal de Pernambuco 2019
Subjects:	Engenharia Mecânica Aerogeradores Dinâmica dos fluidos computacional Modelos de turbulência Spalart-Allmaras 𝑘-𝜔/SST
Online Access:	https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/33513
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id	ir-123456789-33513
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spelling	ir-123456789-335132019-09-24T05:05:25Z Análise metodológica da aplicação dos modelos de turbulência para simulações de escoamentos em perfis aerodinâmicos ROCHA, Guilherme José Arruda Moura ARAÚJO, Alex Maurício http://lattes.cnpq.br/8894979846302685 http://lattes.cnpq.br/5905967201590284 Engenharia Mecânica Aerogeradores Dinâmica dos fluidos computacional Modelos de turbulência Spalart-Allmaras 𝑘-𝜔/SST Devido à expansão do mercado de energia eólica e, consequentemente, a expectativa de que aerogeradores cada vez mais potentes sejam projetados ao longo dos próximos anos, estudos mais detalhados com relação ao projeto destas máquinas precisam ser elaborados. Atualmente, há projetos de pás de turbinas eólicas com até 107 metros de comprimento, visando ter uma maior área de rotor – viabilizando uma maior área de extração de energia. Contudo, apenas aumentar o tamanho das pás não se torna uma ferramenta viável, pois gera custos adicionais com materiais e mais cargas dinâmicas. É preciso se aprimorar cada vez mais nos métodos de controle e na aerodinâmica das pás. O estudo da aerodinâmica das pás começa com um adequado projeto dos aerofólios. Este trabalho apresenta uma análise da aplicação dos modelos de turbulência para simulação em dinâmica dos fluidos computacional de perfis aerodinâmicos presentes em pás de aerogeradores. O software comercial FLUENT Ansys® foi utilizado para simular um escoamento incompressível sob regime permanente sobre três aerofólios NREL, projetados para serem utilizados em pás de turbinas eólicas. Cinco diferentes ângulos de ataque foram utilizados, visando simular o escoamento até a região de pós-estol. Os domínios computacionais são discretizados por malhas não estruturadas. As simulações foram conduzidas para dois modelos de turbulência, o Spalart-Allmaras e o k-ω/SST (Shear Stress Transport). Os resultados obtidos – os coeficientes de arrasto e sustentação – são comparados com resultados experimentais disponíveis na literatura. É utilizada a Raiz do Erro Quadrático Médio para verificar qual modelo apresentou melhor acurácia. É mostrado que o modelo Spalart-Allmaras apresentou melhores resultados para ângulos de ataque de até 10 graus, e obteve os menores erros para o coeficiente de arrasto, enquanto que o k-ω/SST apresentou os melhores resultados globais, quando se avalia toda a faixa de ângulos simulados, e apresentou melhores os resultados para ângulos de ataque acima de 10 graus, para o coeficiente de sustentação. CAPES Due to the expansion of the wind energy market and, consequently, the prospect of the increasingly powerful wind turbines in the next few years, more detailed studies about the design of these wind turbines needs to be developed. Nowadays, there are wind turbine blade designs up to 107 meters long, aiming to have a larger rotor area - enabling a larger area of energy extraction. However, only increase the size of the balde does not become a viable too, since generates additional costs of materials and more dynamic loads. It is required improvement more in control methods and blades aerodynamics. The study of blade aerodynamics start with a suitable design of the airfoils. This work introduce an analysis of turbulence models application for simulation in computational fluid dynamics of aerodynamic profiles present in wind turbine blades. The comercial software Ansys FLUENT was used to simulate an incompressible steady flow on three NREL airfoils, designed to be used in wind turbine blades. Five different angles of attack were used in order to simulate the flow until post-estol region. Computational domains are discretized by unstructured meshes. The simulations were conducted for two turbulence models, Spalart-Allmaras and k-ω/SST (Shear Stress Transport). The simulation results - the drag and lift coefficients - are compared with experimental data available in the literature. The Root Mean Square Error is used to verify which model have best accuracy. It is shown that the Spalart-Allmaras model presented better results for angles of attack until 10 degrees, and obtained the lowest erros for the drag coeficiente, while k-ω/SST demonstrated best overall results, when evaluating the entire range of simulated angles, and presented better results for angles of attack above 10 degrees, for the lift coeficiente. 2019-09-23T19:31:38Z 2019-09-23T19:31:38Z 2019-02-01 masterThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/33513 por openAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Engenharia Mecanica
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description	Devido à expansão do mercado de energia eólica e, consequentemente, a expectativa de que aerogeradores cada vez mais potentes sejam projetados ao longo dos próximos anos, estudos mais detalhados com relação ao projeto destas máquinas precisam ser elaborados. Atualmente, há projetos de pás de turbinas eólicas com até 107 metros de comprimento, visando ter uma maior área de rotor – viabilizando uma maior área de extração de energia. Contudo, apenas aumentar o tamanho das pás não se torna uma ferramenta viável, pois gera custos adicionais com materiais e mais cargas dinâmicas. É preciso se aprimorar cada vez mais nos métodos de controle e na aerodinâmica das pás. O estudo da aerodinâmica das pás começa com um adequado projeto dos aerofólios. Este trabalho apresenta uma análise da aplicação dos modelos de turbulência para simulação em dinâmica dos fluidos computacional de perfis aerodinâmicos presentes em pás de aerogeradores. O software comercial FLUENT Ansys® foi utilizado para simular um escoamento incompressível sob regime permanente sobre três aerofólios NREL, projetados para serem utilizados em pás de turbinas eólicas. Cinco diferentes ângulos de ataque foram utilizados, visando simular o escoamento até a região de pós-estol. Os domínios computacionais são discretizados por malhas não estruturadas. As simulações foram conduzidas para dois modelos de turbulência, o Spalart-Allmaras e o k-ω/SST (Shear Stress Transport). Os resultados obtidos – os coeficientes de arrasto e sustentação – são comparados com resultados experimentais disponíveis na literatura. É utilizada a Raiz do Erro Quadrático Médio para verificar qual modelo apresentou melhor acurácia. É mostrado que o modelo Spalart-Allmaras apresentou melhores resultados para ângulos de ataque de até 10 graus, e obteve os menores erros para o coeficiente de arrasto, enquanto que o k-ω/SST apresentou os melhores resultados globais, quando se avalia toda a faixa de ângulos simulados, e apresentou melhores os resultados para ângulos de ataque acima de 10 graus, para o coeficiente de sustentação.
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Análise metodológica da aplicação dos modelos de turbulência para simulações de escoamentos em perfis aerodinâmicos

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