Interação entre esteiras aerodinâmicas de turbinas de eixo horizontal em arranjos

Abstract

O principal objetivo deste trabalho é investigar o comportamento do escoamento de turbinas de eixo horizontal operando dentro de arranjos. Partindo de metodologias experimentais e numéricas pretende-se observar as interações entre esteiras devido a proximidade de outro rotor. Os testes foram executados em túnel de vento, utilizando um modelo reduzido de escala 1:10 de uma turbina hidrocinética, aplicando de técnicas de medição de potência e anemometria de fio quente. Já os métodos numéricos foram baseados em simulações CFD, empregando uma modelagem da turbulência baseada médias de Reynolds (RANS) e simulações de grandes escalas (LES). Validações entre os resultados numéricos e experimentais foram executadas a partir da comparação do coeficiente de potencia e medições de perfis de velocidade. A esteira aerodinâmica foi analisada em três etapas distintas, sendo elas: a operação isolada, o par de turbinas laterais e o arranjo triangular, variando em 10 configurações distintas. A partir dos contrastes observados durante os testes, notou-se a correlação entre a eficiência com sua posição relativa à outras turbinas, podendo em alguns casos ultrapassar o coeficiente de potência em até 9% em relação a operação isolada. Durante o estudo da esteira, foram considerados aspectos das propriedades médias juntamente com séries temporais medidas com anemometria de fio quente. Empregando os resultados experimentais e numéricos, técnicas de identificação de estruturas são introduzidas para o reconhecimento dos vórtices de ponta de pá e nacele de turbinas de eixo horizontal. A partir de dos sinais turbulentos, uma metodologia para determinação do comprimento característico das estruturas típicas do escoamento por meio da análise da função autocorrelação é descrita. A morfologia do comportamento de esteiras aerodinâmicas em operação na proximidade de um ou mais rotores é reportada.