Análise numérica e experimental de perfis aerodinâmicos para aprimoramento do projeto de turbinas H-Darrieus

Abstract

Este trabalho consiste na análise da influência de uma cavidade na parte inferior de um perfil aerodinâmico utilizado em turbinas eólicas H-Darrieus. A análise é feita utilizando a dinâmica dos fluídos computacional e testes experimentais. Utiliza-se o software comercial ANSYS – Fluent 14.0 para a solução das equações da conservação de massa e de Navier-Stokes com média de Reynolds. Os modelos de turbulência Spalart-Allmars, k-epsilon, k-ω e k-ω SST são utilizados e comparam-se alternativas de discretização espacial com a finalidade de avaliar a influência nos valores obtidos com uma velocidade prescrita na entrada do domínio de 10m/s. Pelas forças originadas pelo atrito viscoso e pelos gradientes de pressão nas pás, obtêm-se o coeficiente de torque e de potência em cada uma das simulações. Através da integração das pressões e das forças de arrasto sobre os perfis testados em túnel aerodinâmico, levantam-se as curvas dos coeficientes de sustentação e arrasto de cada perfil, respectivamente, através das quais é possível obter o torque gerado pela turbina. Os resultados encontrados são bastante representativos para o fenômeno estudado, uma vez que as velocidades prescritas são da ordem de operação desse tipo de turbina. Mostra-se que o perfil com cavidade apresenta um melhor desempenho em relação ao perfil original para uso em turbinas H-Darrieus.

This work consist on the analysis of the influence of a cavity on the lower surface of an airfoil used in H-Darrieus Wind Turbine. The analysis is performed using Computational Fluid Dynamics and experimental tests. The commercial software ANSYS – Fluent 14.0 is used in order to solve the continuity and Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations. Spalart-Allmars, k-epsilon, k-ω and k-ω SST turbulence models and different spatial discretization are used in order to evaluate their influence on results using an inlet prescribed velocity of 10m/s.. By the airfoil viscous friction forces and pressure gradient, power and torque coefficients are obtained. Through pressure integration over airfoil areas and the force acting directly on the airfoil, tested in wind tunnel, it’s possible to evaluate lift and drag coefficients. Furthermore, wind turbine torque can be determined. The results are very representative according to the studied phenomenon, once wind speed tested is in the wind speed range of H-Darrieus use. It is noticed that the airfoil containing the cavity has a better performance when compared with original one for H-Darrieus Wind Turbine use.