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http://hdl.handle.net/11422/27556
| Type: | Tese |
| Title: | Numerical simulation and shape improvement of a novel vertical axis autorotation current turbine |
| Author(s)/Inventor(s): | Wu, Hao |
| Advisor: | Fernandes, Antonio Carlos |
| Abstract: | O objetivo final deste estudo é melhorar o desempenho do VAACT alterando sua forma, ou seja, encontrar os melhores valores de comprimento interno e ângulo de aba que produzam um maior coeficiente de potência médio. Em primeiro lugar, o escoamento uniforme sobre uma placa plana fina normal bidimensional nominalmente com razão de bloqueio de 0,214 é resolvido numericamente por URANS (Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) com base no RKE (Realizable k "), URANS baseado no modelo SST (k ! Shear Stress Transport) e DES (Detached Eddy Simulation). Uma comparação abrangente com dados experimentais anteriores mostra que o método URANS-SST produz um número correto de Strouhal, mas superestima o coeficiente de arrasto médio, enquanto os métodos URANS-RKE e DES conseguem fornecer previsões precisas de ambos. Além disso, o DES é capaz de capturar estruturas irregulares de pequena escala e reproduzir a tridimensionalidade do desprendimento de vórtices. Então, DES é usado para a simulação numérica da rotação do VAACT flapped. A boa concordância entre a simulação e os resultados experimentais indica a aplicabilidade e precisão dos métodos numéricos utilizados. O efeito de superfície livre é insignificante quando a flutuação da superfície livre é pequena em relação à altura da turbina submersa na superfície da água. Finalmente, a melhoria da forma do VAACT flapped com base no modelo de superfície de resposta obtido através de CFD e regressão polinomial de segunda ordem é realizada com sucesso. A melhor combinação com comprimento interno de 10,8 cm e ângulo abaulado de 47,2 graus é encontrada. |
| Abstract: | The ultimate objective of this study is to improve the performance of the VAACT by changing its shape, i.e., to find the best values of inner length and flapped angle that yield a higher mean power coefficient. Firstly, the uniform flow over a nominally two-dimensional normal thin flat plate with blockage ratio of 0.214 is numerically resolved by URANS (Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) based on the RKE (Realizable k ") model, URANS based on the SST (k ! Shear Stress Transport) model and DES (Detached Eddy Simulation). A comprehensive comparison against earlier experimental data shows that URANS-SST method yields a correct Strouhal number but overestimates the mean drag coefficient, while URANS-RKE and DES methods succeed in giving accurate predictions of the both. Moreover, DES is able to capture irregular small-scale structures and reproduce the three-dimensionality of vortex shedding. Then, DES is used for the numerical simulation of the rotation of the flapped VAACT. The good agreement between the simulation and experimental results indicates the applicability and accuracy of the numerical methods used. The free surface effect is found to be insignificant when the fluctuation of the free surface is small relative to the height of the turbine submerged into the water surface. Finally, shape improvement of the flapped VAACT based on the response surface model obtained through CFD and second-order polynomial regression are successfully performed. The best combination with inner length of 10.8 cm and flapped angle of 47.2 degrees are found. |
| Keywords: | Turbina Eólica de Eixo Vertical Simulação computacional Dinâmica dos fluidos Fluidodinâmica computacional |
| Subject CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA NAVAL E OCEANICA::ESTRUTURAS NAVAIS E OCEANICAS |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica |
| Production unit: | Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | May-2022 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | eng |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | WU, Hao. Numerical simulation and shape improvement of a novel vertical axis autorotation current turbine. 2022. 182 f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022. |
| Appears in Collections: | Engenharia Oceânica |
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