Análise da influência de diferentes razões de sobreposição no desempenho de turbinas eólicas Savonius empregando dinâmica dos fluidos computacional

Abstract

Este trabalho consiste na análise da influência de diferentes razões de sobreposição das pás no desempenho de turbinas eólicas Savonius. A análise é feita utilizando a dinâmica dos fluidos computacional. Utiliza-se o software comercial Star-CCM+ para a solução das equações da continuidade e de Navier-Stokes com médias de Reynolds. Essas equações são resolvidas em conjunto com as equações do modelo de turbulência SST. Comparam-se alternativas de discretização espacial e temporal com a finalidade de avaliar a influência desses sobre os valores obtidos. Emprega-se um domínio contendo uma região com malha deslizante, na qual o rotor é inserido. Para cada razão de sobreposição, a velocidade angular da região de malha deslizante é especificada de maneira a variar a razão de velocidade de ponta do rotor. Obtêm-se os campos de pressão e velocidade sobre o escoamento. Integrando-se as forças originadas pelo atrito viscoso e pelos gradientes de pressão nas pás obtém-se o coeficiente de torque e de potência em cada uma das simulações. Analisam-se os coeficientes de potência médios encontrados para avaliar a configuração que apresenta maior eficiência. Os resultados encontrados são bastante representativos para o fenômeno estudado. Mostra-se que o rotor apresenta melhor desempenho operando com razão de sobreposição igual a 0,15 a uma razão de velocidade de ponta de 1,25.

This work consists on the analysis of the influence of different buckets overlap ratios on the Savonius wind turbines performance. The analyses are performed using Computational Fluid Dynamics. The commercial software Star-CCM+ is used to solve the continuity and Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations. These equations are solved together with the SST turbulence model equations. Different spatial and temporal discretization alternatives are compared in order to evaluate their influence on the results. The model used contains a sliding mesh where the rotor is placed. For each overlap ratio, the angular velocity of the sliding mesh region is specified so as to vary the tip speed ratio of the rotor. The flow pressure and velocity fields are obtained. Integrating the forces originated by the viscous friction and the pressure gradients in the rotor buckets, the moment and power coefficients are obtained in each simulation. The averaged power coefficients obtained are compared in order to find the best performance. The results are very representative according to the studied phenomenon. It is shown that the rotor which presents the best performance is the one which operates with overlap ratio of 0,15 and tip speed rate equals to 1,25.