Análise numérica de um elemento de pá de uma turbina eólica H. Darrieus empregando malha poliédrica em comparação à uma malha hexaédrica

Abstract

Neste trabalho, se utiliza a dinâmica dos fluidos computacional a fim de discutir o desempenho de dois tipos de malhas aplicadas a um mesmo problema específico, com o intuito de avaliar o desempenho das mesmas em seu tratamento. O problema em si é baseado no estudo realizado por Li. et. al., 2013 e consiste na análise numérica, através do software STAR-CCM+, de um elemento de pá de uma turbina eólica H. Darrieus. A metodologia empregada consiste na utilização do método dos volumes finitos com médias de Reynolds, modelo de turbulência k-ω SST, um domínio computacional em 3D que desconsidera os efeitos de ponta de pá e um elemento de pá de perfil aerodinâmico NACA0018. São criadas três malhas poliédricas de diferentes refinamentos e a qualidade de malha é verificada através de uma análise de influência do refinamento de malha, esta é desenvolvida ao se comparar os resultados obtidos para cada malha com resultados experimentais, o que determina como válido o tipo de malha poliédrica para o problema em questão devido à semelhança dos resultados obtidos pela análise numérica com os resultados experimentais. Por fim, é realizada uma comparação entre os resultados numéricos deste estudo e os obtidos por Li. et. al., 2013, que utiliza uma malha hexaédrica estruturada em sua análise. Ao comparar as diferenças entre os resultados numéricos de ambos os estudos com os resultados experimentais, conclui-se que a malha hexaédrica estruturada tem um melhor desempenho do que a malha poliédrica em se tratando do problema específico considerado neste trabalho.

In this work, computational fluid dynamics is used to discuss the performance of two types of meshes applied to the same specific problem, in order to evaluate the performance of both meshes in its treatment. The problem itself is based on the study by Li et al. al., 2013 and consists of a numerical analysis, using the STAR-CCM + software, of a blade element of a H. Darrieus wind turbine. The methodology consists in the use of the finite volume method with Reynolds averaged equations, k-ω SST turbulence model, a computational domain in 3D which disregards the blade tip effects and a blade element of aerodynamic profile NACA0018. Three polyhedral meshes of different refinements are created and the mesh quality is verified through an analysis of the influence of the mesh refinement, this analysis is developed by comparing the results obtained for each mesh with experimental results, which determines the type of polyhedral mesh to be valid as a way of solving the specific problem due to the resemblance of results obtained from the numerical analysis in comparison to experimental results. Finally, a comparison is made between the numerical results of this study and the ones obtained by Li et. al., 2013, which uses a structured hexahedral mesh in its analysis. When comparing the differences between the numerical results of both studies with the experimental results, it’s concluded that the structured hexahedral mesh has a better performance than the polyhedral mesh in dealing with the specific problem considered in this work.